7. Nội dung
3.7. Ứng dụng Graphene
3.7.1 Graphene: chất bán dẫn có thể điều chỉnh tốc độ đóng mở siêu nhanh
Một nghiên cứu mới của trƣờng đại học Maryland chỉ ra electron trong graphene di chuyển nhanh hơn cả 100 lần so với electron trong Si. Nghiên cứu đã sử dụng graphene tạo ra transistor nhỏ nhất thế giới, dày 1 nguyên tử và rộng 10 nguyên tử. Tỉ lệ này đƣợc xác định bằng phép đo độ linh động của electron. Chúng đã thể hiện một hiệu ứng điện trƣờng lƣỡng cực mạnh với nồng độ electron và lỗ trống lên đến 1013 cm-2. Độ linh động hơn 15000 cm-2
V-1 s-1, thỏa mãn về điều kiện tốc độ của những thiết bị nhƣ transistor có thể mở và đóng (hình 3.20). Theo những nghiên cứu này, có thể trong tƣơng lai các thiết bị điện tử và công nghệ máy tính dựa trên cơ sở Si sẽ chuyển thành những công nghệ dựa trên cơ sở của graphene, ít nhất là cho những công nghệ phức tạp và tinh xảo nhƣ máy thu tần suất cao.
3.7.2 Graphene: màng mỏng dẫn điện trong suốt
Với màng graphene dày khoảng 10 nm, độ dẫn cao 550 S/cm và độ truyền qua hơn 70% trong khoảng 1000-3000 nm, màng graphene đƣợc sử dụng nhƣ một điện cực cửa sổ trong pin mặt trời nhạy màu trạng thái rắn là có thể. Graphene đã đƣợc nghiên cứu thành công trong việc ứng dụng vào OLED (hình 3.21). Graphene giúp sản xuất OLED rẻ hơn, OLED sản xuất trên bề mặt plastic dẻo, diện tích lớn, giá thành thấp có thể cuộn lại giống giấy dán tƣờng và gần nhƣ có thể đặt ở bất cứ nơi nào chúng ta muốn.
8
Các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng vật liệu mỏng nhất trên thế giới để tạo ra những sensor có thể dò chỉ một đơn phân tử của một số chất khí (hình ). Sự phát triễn của những sensor dựa trên graphene có thể đƣợc dùng để dò ra vật liệu nổ bị dấu ở sân bay hay khí carbon monoxide độc chết ngƣời ở trong nhà. Họ cũng đã tìm thấy graphene rất nhạy với sự xuất hiện cùa lƣợng không đáng kể những chất khí nhƣ hơi rƣợu hoặc cacbon monoxide. Điều đó đƣợc quan sát rõ ràng bởi sự thay đổi điện trở của graphene khi các phân tử gắn từng phân tử một lên bề mặt của nó.
3.7.4 Graphene: nhà máy điện
Một đội những kĩ sƣ và nhà khoa học Mỹ đã cho thấy cách sử dụng của graphene nhƣ một vật liệu mới cho việc lƣu trữ lƣợng lớn năng lƣợng điện có thể phục hồi. Hai phƣơng pháp chính hiện có để lƣu trữ năng lƣợng điện: trong những bộ pin có thể sạc lại, đã đƣợc thƣơng mại hóa nhƣng vẫn chƣa phổ biến; một siêu tụ điện có thể đƣợc sử dụng để tích tụ năng lƣợng trong một khoảng rộng và ứng dụng tích trữ và đƣợc sử dụng cho chính chúng nhƣ nguồn năng lƣợng đầu tiên hoặc trong bộ pin hoặc pin nhiên liệu. Một vài thuận lợi của siêu tụ điện so với những thiết bị lƣu trữ điện cổ truyền (nhƣ pin) bao gồm: năng lƣợng tích trữ cao hơn, thời gian sống dài hơn, một thang nhiệt độ sử dụng rộng hơn, sáng hơn, đóng gói linh hoạt hơn và yêu cầu bảo quản ít hơn.
KẾT LUẬN
Với cấu trúc một màng mỏng có bề dày một nguyên tử, graphene có nhiều tính chất gây bất ngờ và thú vị. Graphene mở ra một tiềm năng nghiên cứu khoa học mới trong thang vi mô. Cấu tạo của graphene rất đơn giản nhƣng để tạo ra đƣợc nó thì không đơn giản chút nào. Với lớp graphene đơn lớp không có khe vùng năng lƣợng nên nó gây trở ngại cho việc ứng dụng nó vào thực tiễn. Tuy nhiên lớp kép graphene lại có tính chất rất đặc biệt là độ rộng vùng cấm có thể thay đổi bằng điện trƣờng ngoài. Trƣớc kia các nhà khoa học cho rằng độ rộng vùng cấm chất bán dẫn cố định, không thể thay đổi đƣợc. Nhƣng với tính chất đặc biệt của lớp kép graphene mở ra một tầm nhìn mới và hƣớng nghiên cứu mới cho vật lý bán dẫn. Graphene mới đạt đƣợc nhiều thành tựu gần đây nhất năm 2009 nên khoa học công nghệ thế giới đang vạch ra những ứng dụng trong tƣơng lai và đang nghiên cứu để biến nó thành hiện thực. Đặc biệt công nghệ điện tử đang tiến đến những giới hạn cuối cùng của kích thƣớc các thiết bị điện tử. Silic là chất bán dẫn đƣợc sử dụng nhiều nhất trong công nghệ điện tử, nhƣng nó không thể tạo ra các thiết bị nhỏ hơn nữa. Chất bán dẫn graphene ra đời mở ra hy vọng mới cho ngành công nghệ điện tử để thay thế cho silic. Công nghệ dùng graphene để sản xuất vi mạch hoàn toàn tƣơng tự nhƣ công nghệ dùng silicon nhƣng để đến đƣợc sự xuất hiện của graphene trong vi mạch điện tử phải mất nhiều năm nữa.