Graphene – Vật liệu mới cho ngành điện tử

[aqhl]

Cấu trúc grapheme là cấu trúc đơn lớp của các nguyên tử carbon, khác với cấu trúc đa lớp trong graphite. Có thể xem graphene như thành phần cơ bản tạo nên các cấu trúc khác nhau của carbon như fullerene, carbon nanotube, graphite.



Graphene được nhóm của GS Andre Geim khoa vật lý đại học Manchester, UK tổng hợp từ graphite năm 2004. Đây là phát hiện tình cờ, vì cả lý thuyết và thực nghiệm trước đây cho rằng không thể tồn tại đơn lớp graphite carbon. Graphene tổng hợp được có tính chất rất đặc biệt. Chuyển động của các electron rất nhanh, electron dường như không có khối lượng và chuyển động gần bằng vận tốc ánh sáng. Chuyển động của electron không tuân theo phương trình Schodinger mà tuân theo phương trình Dirac cho các hạt không có khối lượng như neutrino. Tính chất đặc biệt này được giải thích thông qua hiệu ứng lượng tử Hall.

Ý tưởng chính cho các phương pháp tổng hợp graphene: 1, dùng lực cơ học tách các lớp của graphite; 2, dùng siêu âm tách các lớp graphite trong dung dịch; 3, dùng phương pháp kết tụ carbon epitaxy.




Phương pháp do nhóm phát hiện ra graphene đơn giản như sau: dùng băng keo dính tách từng lớp graphite, sau đó hoà vào acetone. Hỗn hợp thu được gồm nhiều lớp carbon của graphite và cũng có đơn lớp carbon hiện diện trong đó.



Phương pháp tổng hợp hiệu quả graphene hiện nay là phương pháp phân huỷ 6H-SiC đơn tinh thể ở nhiệt độ cao, kết hợp H2 etching, một phần Si bay ra khỏi bề mặt, C đọng lại trên bề mặt SiC hình thành lớp. Nhược điểm của phương pháp này là tạo ra graphene đa lớp.

Từ khi được phát hiện, các nhà khoa học đổ xô vào nghiên cứu những tính chất mới mẻ của vật liệu này, các phương pháp tổng hợp, và những ứng dụng trong công nghiệp điện tử như transitor, sensor, vật liệu composite… Rất nhiều công trình liên quan đến vật liệu này được đăng trên Nature và Science.