1.3. Nanographen (GNPs)
1.3.1. Lịch sử hình thành của nanographen [7-11]
Được biết đến nguyên tử cacbon tồn tại chủ yếu ở ba dạng thù hình. Dạng thù hình thứ nhất của cacbon cũng là dạng phổ biến nhất là cacbon vơ định hình
(thường gọi là than có màu đen như là ở cây, gỗ cháy cịn lại). Về mặt cấu trúc, đó là dạng vơ định hình. Dạng thù hình thứ hai của cacbon là kim cương. Trong tinh thể kim cương, mỗi nguyên tử cacbon nằm ở tâm của hình tứ diện và liên kết với bốn nguyên tử cacbon cùng loại. Dạng thù hình thứ ba của cacbon hay gặp trong kỹ thuật, đó là graphit (than chì). Than chì là dạng bền nhất ở điều kiện thường. Than chì cấu tạo theo lớp, mỗi lớp là một lưới lục giác của các nguyên tử cacbon, các lớp xếp chồng lên nhau. Khoảng các giữa các lớp (0,345 nm) lớn hơn nhiều khoảng cách giữa các nguyên tử trong một lớp (0,142 nm). Do đó các lớp của than chì dính vào nhau không chặt, dễ bị tách ra. Khi tách một lớp cacbon ra khỏi than chì sẽ được một tinh thể lục giác 2 chiều đó là graphen. [7]
Từ những năm 80 các nhà nghiên cứu tìm ra những thể mới của cacbon. Đầu tiên là Flullerene (C60), phân tử này gồm 60 nguyên tử cacbon, kết nối với nhau theo các hình lục giác kiểu như lá graphen nhưng gói lại như mặt ngồi của quả bóng. Sau đó là ống nano cacbon, lá graphen cuộn lại thành một cái ống. Flullerene là vật thể 0 chiều, ống nano là vật thể 1 chiều, cịn than chì là 3 chiều.
Hình 1. 12 Định dạng hình của các vật liệu graphen
[8] . Sau đó năm 1948, ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của các mẫu than chì mỏng bao gồm một vài lớp graphen được G.Ruess và F.Vogt công bố [9]. Bắt đầu từ năm 1970 đã tạo ra được đơn lớp graphit bằng phương pháp epitaxy trên nền chất khác. Lớp graphen này bao gồm một lớp nguyên tử cacbon liên kết với nhau dưới dạng hình lục giác bằng liên kết sp2. Năm 1990, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tách lớp hóa học, tiếp tục cố gắng chế tạo ra màng mỏng graphit nhưng cho đến trước năm 2004 vẫn không tạo ra được lớp graphit mỏng hơn 50 đến 100 lớp [10]. Một trong những sáng chế đầu tiên là “tấm graphen kích thước nanomet” vào tháng 10/2002 và sáng chế này mô tả chi tiết quy trình chế tạo lớp graphen ở diện tích lớn và độ dày chỉ cỡ nanomet. Vào năm 2004, hai nhà nghiên cứu Andre Geim và Konstantin Novoselov thực hiện kéo các lớp graphen từ graphit bằng một loại băng dính thơng thường trong một quy trình được gọi là “phân tách vi cơ” hoặc “kỹ thuật băng Scotch”. Các mảnh graphen sau đó được chuyển lên lớp silicon đioxit (silica) mỏng trên một tấm silicon. Silica đã cô lập graphen về mặt điện và tương tác yếu với graphen, tạo ra các lớp graphen gần như trung tính về điện tích và mang những tính chất riêng biệt [11].