¿Qué es el grafeno?
El grafeno es actualmente el nanomaterial más fino pero más duro del mundo. Es casi completamente transparente y sólo absorbe el 2,3% de la luz; su conductividad térmica alcanza los 5.300 W/mk, superior a la de los nanotubos de carbono y el diamante. Su movilidad de electrones a temperatura ambiente supera los 15.000 cm2. /v·s, que es alta En comparación con los nanotubos de carbono o los cristales de silicio*, su resistividad es sólo de unos 10-6 ω·cm, que es inferior a la del cobre o la plata. Actualmente es el material de resistividad más baja del mundo. Se espera que la resistividad y la velocidad extremadamente rápida de los electrones se utilicen para desarrollar una nueva generación de componentes electrónicos o transistores que sean más delgados y de conducción más rápida.
Usos del grafeno:
Nanoelectrónico. dispositivos
En 2005, el grupo de investigación Geim [3 J y el grupo de investigación H de Kim descubrieron que el grafeno tiene una movilidad de portador muy alta (alrededor de las 10 am) a temperatura ambiente, que es la más alta de las obleas de silicio comerciales 10. veces
/v·s), y se ve poco afectado por la temperatura y los efectos del dopaje, mostrando características de transmisión balística a escala submicrónica a temperatura ambiente (hasta 0,3 a 300 K)
m), esta es la ventaja más destacada del grafeno como dispositivo nanoelectrónico, ya que permite crear un atractivo transistor de efecto de campo balístico a temperatura ambiente con mayor velocidad Fermi y mejor rendimiento en el campo de la ingeniería electrónica. reducir aún más el tiempo de conmutación del dispositivo y las características de respuesta operativa de frecuencia ultraalta son otra ventaja significativa de los dispositivos electrónicos basados en grafeno. Además, el grafeno mantiene una buena estabilidad y propiedades eléctricas incluso si se reduce a la escala nanométrica. lo que permite explorar dispositivos de un solo electrón
Agregar grafeno a los materiales de los electrodos de la batería puede mejorar en gran medida la eficiencia de carga y aumentar la capacidad de la batería. Las láminas de grafeno multicapa autoensambladas no solo son prometedoras para las baterías de litio-aire. El diseño ideal también se puede utilizar en muchas otras áreas potenciales de almacenamiento de energía, como supercondensadores y pistolas electromagnéticas. Además, el nuevo material de grafeno no dependerá del platino u otros metales preciosos, lo que puede reducir eficazmente los costos y el impacto ambiental. p>
Producir superordenadores en lugar de silicio
Los científicos han descubierto que el grafeno sigue siendo el mejor material conductor conocido actualmente. Esta propiedad del grafeno es especialmente adecuada para los circuitos de alta frecuencia, que son los de la electrónica moderna. Líder en la industria. Algunos dispositivos electrónicos, como los teléfonos móviles, deben utilizar frecuencias cada vez más altas a medida que los ingenieros intentan meter más y más información en la señal, pero cuanto mayor es la frecuencia del teléfono móvil, más calor genera. Alto, por lo que la promoción de la alta frecuencia es muy limitada. Debido a la aparición del grafeno, las perspectivas de desarrollo de la mejora de la alta frecuencia parecen ilimitadas.
Esto brinda a los investigadores un gran potencial en el campo de la microelectrónica. incluso puede verse como una alternativa al silicio para producir futuras supercomputadoras
El grafeno también puede aparecer en el mercado más amplio como sensores fotónicos, utilizados para detectar información transportada en fibras ópticas. Ahora, este papel todavía lo desempeña el silicio. , pero la era del silicio parece haber terminado El 10 de junio del año pasado, un equipo de investigación de IBM reveló la optoelectrónica de grafeno que desarrollaron por primera vez. A continuación, la gente debe esperar con ansias las células solares basadas en grafeno y las pantallas de cristal líquido. Debido a que el grafeno es transparente, los electrodos fabricados con grafeno tienen una mejor transmisión de luz que otros materiales.
Secuenciación electrónica de genes
Dado que el espesor del grafeno conductor es menor que la distancia entre bases adyacentes en la cadena de ADN, y existen huellas digitales electrónicas entre las cuatro bases del ADN, el grafito Se espera que Enene desarrolle una tecnología de secuenciación genética electrónica directa, rápida y de bajo coste.
Reducir el ruido
IBM America Inc.
anunció que ha producido con éxito una prueba de un nuevo transistor superponiendo dos capas de "grafeno", que equivale a una sola capa atómica de grafito, y descubrió que la 1/f única de los nanocomponentes se puede reducir considerablemente. El grafeno, el mismo transistor, se produjo con éxito en una prueba, pero contrariamente a lo esperado, se descubrió que el ruido se puede controlar en gran medida. El ruido está controlado por la fuerte unión de electrones creada entre las dos capas de grafeno. ruido.
Materiales de barrera para túneles
El efecto túnel cuántico es un efecto de acoplamiento de ondas atenuado. Su comportamiento cuántico obedece a la ecuación de ondas de Schrödinger y se utiliza en emisión fría de electrones, computación cuántica, física de semiconductores y superconductores. física y otros campos. Los materiales de barrera tradicionales son el óxido de aluminio y el óxido de magnesio. Debido a su espesor desigual, son propensos a tener poros y trampas de carga, y suelen tener un alto consumo de energía y valor calorífico, lo que afecta el rendimiento y la estabilidad del dispositivo e incluso provoca fallos catastróficos. Basándose en las ventajas de la conductividad eléctrica, la conductividad térmica y la estructura, el Grafeno ha sido seleccionado por el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL) como la primera opción para los materiales de barrera de túneles cuánticos. En el futuro, las barreras de grafeno podrán utilizarse por primera vez en transistores de túnel, memorias magnéticas no volátiles y circuitos lógicos programables.
Otras aplicaciones
El grafeno también se puede utilizar en transistores, pantallas táctiles, secuenciación de genes y otros campos, y se espera que ayude a los físicos a lograr nuevos avances en el campo de la investigación de la física cuántica. Investigadores en China descubrieron que las células bacterianas no podían crecer en el grafeno, mientras que las células humanas no sufrían daños. El grafeno se puede utilizar para fabricar vendajes, envases de alimentos e incluso camisetas antibacterianas. Las células fotoelectroquímicas hechas de grafeno pueden reemplazar a los diodos emisores de luz orgánicos a base de metal, porque el grafeno también puede reemplazar a los electrodos tradicionales de grafito metálico en las lámparas y es más fácil de reciclar. Este material puede usarse no sólo para desarrollar materiales para aviones ultraligeros que sean tan delgados como el papel, sino también para crear chalecos antibalas ultrarresistentes e incluso hacer realidad el ascensor espacial de 23.000 millas de largo soñado por los científicos.
Referencia: Grafeno-/Grafeno/