Grafè

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Representació artística del grafè.

El grafè és una capa de carboni monoatòmic (d'un sol àtom de gruix) que forma les parets dels ful·lerens i dels nanotubs de carboni. El grafè és una estructura laminar plana, composta per àtoms de carboni empaquetats densament en una xarxa cristal·lina en forma de niu d'abella mitjançant enllaços covalents que es formaren a partir de la superposició dels híbrids sp² dels carbonis enllaçats.

Taula de continguts

Descobriment [modifica]

El grafè es va conèixer a la dècada de 1930 però el terme grafè (en anglès Graphene) va aparèixer per primera vegada el 1987[1] per a descriure capes simples de grafit com un dels constituents de compostos d'intercalació de grafit (graphite intercalation compound, GICs). Es va fer servir en les primeres descripcions de nanotubs de carboni,[2] com també en el grafè epitaxial,[3] i hidrocarburs aromàtics policíclics.[4]

Un gran avenç en la ciència del grafè es va assolir quan Andre Geim i Kostya Novoselov, de la Universitat de Manchester, aconseguiren extreure cristall d'una sola capa d'àtoms el 2004. Aquests dos investigadors varen obtenir el Premi Nobel de Física l'any 2010 "pels seus innovadors experiments sobre el material bidimensional grafè".

Propietats [modifica]

Aplicacions potencials [modifica]

El grafè té les propietats ideals per a ser usat com component en circuits integrats. El grafè té una alta mobilitat de portadors, i un baix nivell de soroll, que permet que sigui utilitzat com canal en transistors d'efecte de camp. La dificultat d'utilitzar grafè rau en la producció d'aquest material, en el substrat adient. L'any 2010 científics coreans presentaren la primera pantall tàctil de grafè que de 30 polzades i enrotllable.[5]

  • Detector de gas
  • Nanocostelles de grafè
  • Transistors de grafè
  • Circuits integrats
  • Elèctrodes conductors transparents
  • Ultracapacitors
  • Biodispositius de grafè
  • Antibacteris.

Transistors de grafè [modifica]

A causa de la seva alta qualitat electrònica, el grafè també ha atret l'interès dels tècnics que ho veuen com una manera de construir transistors balístics. El grafè presenta una pronunciada resposta a camps elèctrics externs perpendiculars, la qual cosa permet la construcció d'un FET (transistors d'efecte camp). El 2004, al seu treball,[6] el grup de Manchester va mostrar FETs amb una proporció on-off "bastant modesta" de aproximadament 30º a temperatura ambient. El 2006, investigadors de Geòrgia Tech, dirigits per Walter de Heer, van anunciar que s'havia construït amb èxit un FET planar tot de grafè amb portes laterals. [7] Els seus dispositius van mostrar canvis del 2% a temperatures criogèniques. El primer top-gated FET (ratio on-off de <2) va ser demostrat pels investigadors de AMICA i la Universitat RWTH d'Aachen el 2007.[8] Nanocintes de grafè poden ser, en general, capaces de reemplaçar al silici com a semiconductor en la tecnologia moderna.[9]

Enfrontar el fet que els actuals transistors de grafè mostren una molt pobra ratio d'encesa-apagat, els investigadors estan tractant de trobar maneres per millorar-lo. El 2008, investigadors de AMICA i la Universitat de Manchester ha demostrat un efecte de commutació nou en els dispositius d'efecte de camp de grafè. Aquest efecte de commutació es basa en una modificació química reversible de la capa de grafè i ofereix una ràtio d'encesa i apagat de més de sis ordres de magnitud. Aquests interruptors reversibles podrien ser aplicats a la memòria no volàtil. [10]

El 2009, els investigadors del Politècnic de Milà van mostrar quatre diferents tipus de portes lògiques, cadascuna composta per un únic transistor de grafè.[11] En el mateix any, al Massachusetts Institute of Technology, els investigadors van construir un xip de grafè experimental conegut com un multiplicador de freqüència. És capaç de prendre un senyal d'entrada elèctrica d'una certa freqüència i produir un senyal de sortida que és un múltiple d'aquesta freqüència. [12] Tot i que aquests xips de grafè poden obrir un ventall de noves aplicacions, el seu ús pràctic està limitat per un molt petit guany de tensió (en general, l'amplitud del senyal de sortida és aproximadament 40 vegades menor que la del senyal d'entrada). A més, cap d'aquests circuits ha demostrat capacitat per operar a freqüències superiors a 25 kHz.

Al febrer de 2010, els investigadors d'IBM van informar que han estat capaços de crear transistors de grafè amb una taxa d'encesa i apagat de 100 gigahertz, superant amb escreix les taxes d'intents anteriors, i superior a la velocitat dels transistors de silici amb una longitud de porta equivalent. Els transistors de grafè de 240 nm fets a IBM es van fer utilitzant equips de fabricació existents per al treball amb silici, el que significa que per als transistors de grafè per primera vegada són concebibles, tot i que encara és fantasiós el reemplaçament del silici. [13] [14] [15]

Referències [modifica]

  1. ↑ Mouras, S. et al.. «Synthesis of first stage graphite intercalation compounds with fluorides». Revue de Chimie Minerale, vol. 24, 1987, p. 572.
  2. ↑ Saito, R. et al.. «Electronic structure of graphene tubules based on C60». Phys. Rev. B, vol. 46, 1992, p. 1804. DOI: 10.1103/PhysRevB.46.1804.
  3. ↑ Forbeaux, I. et al.. «Heteroepitaxial graphite on 6H-SiC(0001): Interface formation through conduction-band electronic structure». Phys. Rev. B, vol. 58, 1998, p. 16396. DOI: 10.1103/PhysRevB.58.16396.
  4. ↑ Wang, S. et al.. «A new carbonaceous material with large capacity and high efficiency for rechargeable Li-ion batteries». Journal of the Electrochemical Society, vol. 147, 2000, p. 2498. DOI: 10.1149/1.1393559.
  5. ↑ Calzada, Miguel. «Próximamente en sus pantallas: el grafeno» (paper) (en castellà). Ciberp@is. El País [Madrid], 8 agost 2010 [Consulta: 12 setembre 2011].
  6. ↑ Novoselov, K. S. et al. (2004). "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films". Science 306 (5696): 666. arXiv:cond-mat/0410550. Bibcode 2004Sci...306..666N. doi:10.1126/science.1102896. PMID 15499015. http://onnes.ph.man.ac.uk/nano/Publications/Science_2004.pdf.
  7. ↑ Carbon-Based Electronics: Researchers Develop Foundation for Circuitry and Devices Based on Graphite March 14, 2006
  8. ↑ Lemme, M. C. et al. . «A graphene field-effect device». IEEE Electron Device Letters, vol. 28, 4, 2007, p. 282. arXiv: cond-mat/0703208. Bibcode: 2007IEDL...28..282L. DOI: 10.1109/LED.2007.891668.
  9. ↑ Bullis, K.. «Graphene Transistors». MIT Technology Review, Inc [Cambridge], 2008-01-28 [Consulta: 18 febrer 2008].
  10. ↑ Echtermeyer, Tim. J. et al. . «Nonvolatile Switching in Graphene Field-Effect Devices». IEEE Electron Device Letters, vol. 29, 8, 2008, p. 952. Bibcode: 2008IEDL...29..952E. DOI: 10.1109/LED.2008.2001179.
  11. ↑ Sordan, R.; Traversi, F.; Russo, V.. «Logic gates with a single graphene transistor». Appl. Phys. Lett., vol. 94, 7, 2009, p. 073305. Bibcode: 2009ApPhL..94g3305S. DOI: 10.1063/1.3079663.
  12. ↑ Wang, H.; Nezich, D.; Kong, J.; Palacios, T.. «Graphene Frequency Multipliers». IEEE Electr. Device. L., vol. 30, 5, 2009, p. 547. DOI: 10.1109/LED.2009.2016443.
  13. ↑ Bourzac, Katherine. «Graphene Transistors that Can Work at Blistering Speeds». MIT Technology Review, 2010-02-05.
  14. ↑ IBM shows off 100GHz graphene transistor – Techworld.com. News.techworld.com. Retrieved on 2010-12-10.
  15. ↑ Lin et al.; Dimitrakopoulos, C; Jenkins, KA; Farmer, DB. «100-GHz Transistors from Wafer-Scale Epitaxial Graphene». Science. Science, vol. 327, 5966, 2010, p. 662. Bibcode: 2010Sci...327..662L. DOI: 10.1126/science.1184289. PMID: 20133565.

Enllaços externs [modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Grafè Modifica l'enllaç a Wikidata

Obtingut de «http://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Grafè&oldid=11847392»