Pada tahun 2010, Geim dan Novoselov memenangkan Hadiah Nobel dalam bidang fisika atas karya mereka tentang graphene.Penghargaan ini meninggalkan kesan mendalam bagi banyak orang.Lagi pula, tidak semua alat eksperimen Hadiah Nobel sama lazimnya dengan pita perekat, dan tidak semua objek penelitian sama ajaib dan mudah dipahaminya dengan graphene “kristal dua dimensi”.Karya pada tahun 2004 dapat diberikan penghargaan pada tahun 2010, suatu hal yang jarang terjadi dalam catatan Hadiah Nobel dalam beberapa tahun terakhir.
Graphene adalah sejenis zat yang terdiri dari satu lapisan atom karbon yang tersusun rapat menjadi kisi heksagonal sarang lebah dua dimensi.Seperti intan, grafit, fullerene, karbon nanotube dan karbon amorf, itu adalah zat (zat sederhana) yang tersusun dari unsur karbon.Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, fullerene dan karbon nanotube dapat dilihat digulung dari satu lapisan graphene, yang ditumpuk oleh banyak lapisan graphene.Penelitian teoretis tentang penggunaan graphene untuk menggambarkan sifat-sifat berbagai zat karbon sederhana (grafit, tabung nano karbon, dan graphene) telah berlangsung selama hampir 60 tahun, namun secara umum diyakini bahwa bahan dua dimensi seperti itu sulit untuk ada secara stabil sendirian. hanya menempel pada permukaan substrat tiga dimensi atau di dalam zat seperti grafit.Baru pada tahun 2004 Andre Geim dan muridnya Konstantin Novoselov melepaskan satu lapisan graphene dari grafit melalui eksperimen sehingga penelitian tentang graphene mencapai perkembangan baru.
Fullerene (kiri) dan karbon nanotube (tengah) dapat dianggap digulung oleh satu lapisan graphene dengan cara tertentu, sedangkan grafit (kanan) ditumpuk oleh beberapa lapisan graphene melalui sambungan gaya van der Waals.
Saat ini, graphene dapat diperoleh dengan berbagai cara, dan metode yang berbeda memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing.Geim dan Novoselov memperoleh graphene dengan cara yang sederhana.Dengan menggunakan pita perekat transparan yang tersedia di supermarket, mereka melepaskan graphene, lembaran grafit yang tebalnya hanya satu lapisan atom karbon, dari sepotong grafit pirolitik tingkat tinggi.Ini nyaman, tetapi pengendaliannya tidak begitu baik, dan graphene dengan ukuran kurang dari 100 mikron (sepersepuluh milimeter) hanya dapat diperoleh, yang dapat digunakan untuk eksperimen, tetapi sulit digunakan untuk praktik. aplikasi.Endapan uap kimia dapat menumbuhkan sampel graphene berukuran puluhan sentimeter pada permukaan logam.Meskipun area dengan orientasi konsisten hanya 100 mikron [3,4], namun sudah sesuai untuk kebutuhan produksi beberapa aplikasi.Metode umum lainnya adalah dengan memanaskan kristal silikon karbida (SIC) hingga lebih dari 1100 ℃ dalam ruang hampa, sehingga atom silikon di dekat permukaan menguap, dan atom karbon yang tersisa disusun ulang, yang juga dapat memperoleh sampel graphene dengan sifat yang baik.
Graphene adalah material baru dengan sifat unik: konduktivitas listriknya sama baiknya dengan tembaga, dan konduktivitas termalnya lebih baik daripada material mana pun yang dikenal.Ini sangat transparan.Hanya sebagian kecil (2,3%) dari cahaya tampak vertikal yang akan diserap oleh graphene, dan sebagian besar cahaya akan melewatinya.Ia sangat padat bahkan atom helium (molekul gas terkecil) pun tidak dapat melewatinya.Sifat magis ini tidak diwarisi langsung dari grafit, melainkan dari mekanika kuantum.Sifat listrik dan optiknya yang unik menentukan prospek penerapannya yang luas.
Meskipun graphene baru muncul kurang dari sepuluh tahun, graphene telah menunjukkan banyak penerapan teknis, yang sangat jarang terjadi di bidang fisika dan ilmu material.Dibutuhkan lebih dari sepuluh tahun atau bahkan puluhan tahun agar material umum berpindah dari laboratorium ke kehidupan nyata.Apa gunanya graphene?Mari kita lihat dua contoh.
Elektroda transparan lembut
Di banyak peralatan listrik, bahan konduktif transparan perlu digunakan sebagai elektroda.Jam tangan elektronik, kalkulator, televisi, layar kristal cair, layar sentuh, panel surya dan banyak perangkat lainnya tidak dapat meninggalkan keberadaan elektroda transparan.Elektroda transparan tradisional menggunakan indium tin oxide (ITO).Karena tingginya harga dan terbatasnya pasokan indium, bahannya rapuh dan kurang fleksibel, serta elektroda perlu disimpan di lapisan tengah vakum, dan biayanya relatif tinggi.Sejak lama, para ilmuwan telah berusaha mencari penggantinya.Selain persyaratan transparansi, konduktivitas yang baik, dan persiapan yang mudah, jika fleksibilitas bahannya baik, maka akan cocok untuk membuat “kertas elektronik” atau perangkat layar lipat lainnya.Oleh karena itu, fleksibilitas juga merupakan aspek yang sangat penting.Graphene adalah bahan yang sangat cocok untuk elektroda transparan.
Para peneliti dari Samsung dan Universitas Chengjunguan di Korea Selatan memperoleh graphene dengan panjang diagonal 30 inci melalui deposisi uap kimia dan memindahkannya ke film polietilen tereftalat (PET) setebal 188 mikron untuk menghasilkan layar sentuh berbasis graphene [4].Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, graphene yang ditumbuhkan pada foil tembaga pertama-tama diikat dengan pita pengupasan termal (bagian transparan berwarna biru), kemudian foil tembaga dilarutkan dengan metode kimia, dan terakhir graphene dipindahkan ke film PET dengan pemanasan. .
Peralatan induksi fotolistrik baru
Graphene memiliki sifat optik yang sangat unik.Meskipun hanya terdapat satu lapisan atom, ia dapat menyerap 2,3% cahaya yang dipancarkan di seluruh rentang panjang gelombang dari cahaya tampak hingga inframerah.Angka ini tidak ada hubungannya dengan parameter material graphene lainnya dan ditentukan oleh elektrodinamika kuantum [6].Cahaya yang diserap akan menyebabkan timbulnya pembawa (elektron dan lubang).Pembangkitan dan pengangkutan pembawa pada graphene sangat berbeda dengan semikonduktor tradisional.Hal ini membuat graphene sangat cocok untuk peralatan induksi fotolistrik ultracepat.Diperkirakan peralatan induksi fotolistrik tersebut dapat bekerja pada frekuensi 500GHz.Jika digunakan untuk transmisi sinyal, ia dapat mengirimkan 500 miliar angka nol atau satu per detik, dan menyelesaikan transmisi isi dua cakram Blu ray dalam satu detik.
Para ahli dari IBM Thomas J. Watson Research Center di Amerika Serikat telah menggunakan graphene untuk memproduksi perangkat induksi fotolistrik yang dapat bekerja pada frekuensi 10GHz [8].Pertama, serpihan graphene dibuat pada substrat silikon yang dilapisi dengan silika setebal 300 nm dengan “metode robekan pita”, dan kemudian elektroda emas paladium atau emas titanium dengan interval 1 mikron dan lebar 250 nm dibuat di atasnya.Dengan cara ini diperoleh perangkat induksi fotolistrik berbasis graphene.
Diagram skema peralatan induksi fotolistrik graphene dan pemindaian foto mikroskop elektron (SEM) dari sampel sebenarnya.Garis pendek hitam pada gambar sama dengan 5 mikron, dan jarak antara garis logam adalah satu mikron.
Melalui percobaan, para peneliti menemukan bahwa perangkat induksi fotolistrik struktur logam graphene logam ini dapat mencapai frekuensi kerja paling banyak 16GHz, dan dapat bekerja pada kecepatan tinggi dalam rentang panjang gelombang dari 300 nm (dekat ultraviolet) hingga 6 mikron (inframerah), sedangkan tabung induksi fotolistrik tradisional tidak dapat merespon cahaya inframerah dengan panjang gelombang yang lebih panjang.Frekuensi kerja peralatan induksi fotolistrik graphene masih memiliki ruang besar untuk ditingkatkan.Performanya yang unggul menjadikannya memiliki beragam prospek aplikasi, termasuk komunikasi, kendali jarak jauh, dan pemantauan lingkungan.
Sebagai material baru dengan sifat unik, penelitian tentang penerapan graphene terus bermunculan.Sulit bagi kami untuk menyebutkannya di sini.Di masa depan, mungkin ada tabung efek medan yang terbuat dari graphene, saklar molekuler yang terbuat dari graphene, dan detektor molekuler yang terbuat dari graphene dalam kehidupan sehari-hari… Graphene yang secara bertahap keluar dari laboratorium akan bersinar dalam kehidupan sehari-hari.
Kita bisa berharap bahwa sejumlah besar produk elektronik yang menggunakan graphene akan muncul dalam waktu dekat.Bayangkan betapa menariknya jika smartphone dan netbook kita dapat digulung, dijepit di telinga, dimasukkan ke dalam saku, atau dililitkan di pergelangan tangan saat tidak digunakan!
Waktu posting: 09-Mar-2022