Graphene terbuat dari satu lapisan atom karbon yang terikat bersama dalam pola yang berulang segi enam . Graphene adalah satu juta kali lebih tipis dari kertas, begitu tipis sehingga sebenarnya dianggap dua dimensi .

Karbon merupakan unsur yang sangat serbaguna . Tergantung pada bagaimana atom disusun , dapat menghasilkan berlian keras atau grafit lunak . Pola sarang lebah datar graphene banyak karakteristik yang luar biasa , termasuk status bahan terkuat di dunia .

Lapisan-lapisan tunggal dari atom karbon memberikan dasar untuk bahan penting lainnya . Graphite - atau pensil - terbentuk ketika Anda tumpukan graphene . Karbon nanotube, yang material lain yang muncul , terbuat dari graphene digulung . Ini digunakan dalam sepeda , raket tenis dan rekayasa jaringan bahkan hidup .

Bagaimana itu ditemukan ?

Kemungkinan besar bahwa Anda telah membuat graphene berkali-kali dalam hidup Anda . Buatlah garis dengan pensil dan potongan-potongan kecil graphene akan mengelupas . Tapi tidak ada yang memiliki kedua alat dan minat untuk andal mengisolasi graphene berdiri bebas sampai awal 2000-an .

Graphene pertama kali dipelajari secara teoritis pada tahun 1940 . Pada saat itu , para ilmuwan berpikir itu secara fisik tidak mungkin untuk bahan dua dimensi ada, sehingga mereka tidak mengejar mengisolasi graphene . Puluhan tahun kemudian , peneliti mulai memimpikan teknik mengupas terpisah grafit . Mereka mencoba wedging molekul antara lapisan graphene dan gesekan dan menggosok grafit , tetapi mereka tidak pernah sampai ke satu lapisan . Akhirnya , mereka mampu mengisolasi graphene di atas bahan lain , tapi tidak sendiri .

Pada tahun 2002 , University of Manchester peneliti Andre Geim menjadi tertarik pada graphene dan menantang seorang mahasiswa PhD untuk memoles sebongkah grafit sebagai beberapa lapis mungkin. Mahasiswa mampu mencapai 1.000 lapisan , tapi tidak bisa mencapai tujuan Geim dari 10 sampai 100 lapisan . Geim mencoba pendekatan yang berbeda . Diterapkan untuk grafit dan dikupas untuk membuat serpihan graphene berlapis . Kulit kaset lebih menciptakan lapisan tipis dan lebih tipis , sampai ia memiliki sepotong graphene 10 lapisan tebal.

[SPOILER=]


Tim Geim bekerja dengan menyempurnakan teknik mereka dan akhirnya menghasilkan satu lapisan atom karbon . Mereka menerbitkan temuan mereka dalam " Science" pada Oktober 2004 . Geim dan Novoselov rekannya Kostya menerima Hadiah Nobel dalam fisika pada tahun 2010 untuk pekerjaan mereka .

Karena mereka, serpihan pertama yang dibuat dengan pita , produksi graphene telah meningkat dengan pesat . Pada tahun 2009 , peneliti mampu menciptakan film graphene yang diukur 30 inci .

Mengapa tidak biasa ?

Geim dan Novoselov - menarik untuk para ilmuwan lain karena deskripsi sifat fisik aneh graphene . Elektron bergerak melalui graphene sangat cepat dan mulai menunjukkan perilaku seolah-olah mereka tak bermassa , meniru fisika yang mengatur partikel pada skala super kecil .

"Itu jenis interaksi di dalam padat, sejauh ada yang tahu , adalah unik untuk graphene , " tulis Geim dan lain peneliti graphene terkenal, Philip Kim , dalam sebuah artikel 2008 Scientific American . " Berkat bahan novel dari pensil , mekanika kuantum relativistik tidak lagi terbatas pada kosmologi atau fisika energi tinggi, sekarang telah memasuki laboratorium . "

Sifat khusus graphene tidak berhenti dengan fisika aneh. Ini juga :

Konduktif : Elektron adalah partikel yang membentuk listrik. Jadi, ketika graphene memungkinkan elektron untuk bergerak cepat , itu memungkinkan listrik bergerak cepat . Hal ini diketahui memindahkan elektron 200 kali lebih cepat dari silikon karena mereka bepergian dengan gangguan kecil seperti itu. Ini juga merupakan konduktor panas yang sangat baik . Graphene adalah konduktif independen suhu dan bekerja normal pada suhu kamar .
Kuat: Seperti disebutkan sebelumnya , itu akan mengambil gajah dengan keseimbangan yang sangat baik untuk menerobos selembar graphene . Hal ini sangat kuat karena pola yang tak terputus dan ikatan yang kuat antara atom karbon . Bahkan ketika patch graphene yang dijahit bersama-sama , itu tetap menjadi bahan terkuat di luar sana .
Fleksibel : Obligasi tersebut kuat antara atom karbon graphene juga sangat fleksibel . Mereka bisa diputar , ditarik dan melengkung sampai batas tertentu tanpa melanggar , yang berarti graphene ditekuk dan merenggang .
Transparan : Graphene menyerap 2,3 persen dari cahaya tampak yang hits itu , yang berarti Anda dapat melihat melalui itu tanpa harus berurusan dengan silau apapun.

Apa yang bisa digunakan untuk ?

Penggunaan graphene dalam kehidupan sehari-hari tidak jauh , karena sebagian penelitian yang ada menjadi nanotube karbon - digulung , versi silinder graphene . Tabung yang dipopulerkan oleh sebuah karya 1991 ( berlangganan diperlukan ) dan dipuji untuk kualitas fisik mereka yang luar biasa , yang sebagian besar sangat mirip dengan graphene . Tapi lebih mudah untuk menghasilkan lembaran besar graphene dan dapat dibuat dalam cara yang mirip dengan silikon . Banyak aplikasi saat ini dan direncanakan untuk nanotube karbon sekarang sedang disesuaikan dengan graphene .

Beberapa yang terbesar muncul aplikasi adalah:

Sel surya : Sel surya mengandalkan semikonduktor untuk menyerap sinar matahari . Semikonduktor terbuat dari unsur seperti silikon dan memiliki dua lapisan elektron . Pada satu lapisan , elektron tenang dan tetap dengan sisi semikonduktor . Pada lapisan lain, elektron dapat bergerak bebas , membentuk aliran listrik . Sel surya bekerja dengan mentransfer energi dari partikel cahaya elektron tenang, yang menjadi bersemangat dan melompat ke lapisan yang mengalir bebas , menciptakan lebih banyak listrik . Lapisan graphene elektron sebenarnya tumpang tindih , yang berarti lebih sedikit energi cahaya yang diperlukan untuk mendapatkan elektron untuk melompat antara lapisan . Di masa depan, properti yang bisa menimbulkan sel-sel surya yang sangat efisien . Menggunakan graphene juga akan memungkinkan sel-sel yang ratusan ribu kali lebih tipis dan lebih ringan daripada yang mengandalkan silikon .


Transistor Intel pada 32 nanometer . Transistor lebih banyak membantu membuka jalan untuk komputasi yang lebih murah .

Transistor Intel pada 32 nanometer . Transistor lebih banyak membantu membuka jalan untuk komputasi yang lebih murah .
Transistor : chip komputer bergantung pada miliaran transistor untuk mengontrol aliran listrik di sirkuit mereka . Penelitian telah sebagian besar berfokus pada pembuatan chip yang lebih kuat dengan kemasan lebih transistor , dan graphene tentu bisa menimbulkan transistor tertipis belum . Namun transistor juga bisa dibuat lebih kuat dengan mempercepat aliran elektron - partikel yang membentuk listrik. Sebagai ilmu mendekati batas untuk bagaimana transistor kecil bisa , graphene bisa mendorong batas kembali oleh kedua elektron bergerak lebih cepat dan mengurangi ukuran mereka untuk beberapa atom atau kurang .
Transparan layar : Perangkat seperti TV plasma dan telepon biasanya dilapisi dengan bahan yang disebut indium timah oksida . Produsen secara aktif mencari alternatif yang bisa memotong biaya dan memberikan konduktivitas yang lebih baik , fleksibilitas dan transparansi . Graphene merupakan pilihan yang muncul . Ini adalah non - reflektif dan muncul sangat transparan . Konduktivitas juga memenuhi syarat sebagai lapisan untuk membuat perangkat touchscreen . Karena graphene adalah baik kuat dan tipis, bisa menekuk tanpa melanggar , sehingga cocok untuk elektronik ditekuk yang akan segera dilempar ke pasar.

Graphene juga bisa memiliki aplikasi untuk sensor kamera , sekuensing DNA , penginderaan gas, penguatan materi , desalinasi air dan seterusnya .

Apa kritikannya ?

Graphene masih dalam tahap kekanak-kanakan dibandingkan dengan bahan maju seperti silikon dan ITO . Dalam rangka untuk itu untuk diadopsi secara luas , maka akan perlu produceable dalam jumlah besar dengan biaya yang sama atau lebih rendah dari bahan yang ada . Muncul roll-to - roll, uap deposito dan teknik produksi lainnya mengisyaratkan bahwa ini adalah mungkin, tapi mereka belum siap untuk membawa graphene untuk setiap layar perangkat mobile di luar sana . Peneliti juga perlu terus bekerja untuk meningkatkan transparansi dan konduktivitas graphene dalam bentuk komersial .
Manufaktur roll-to -roll dapat memungkinkan graphene harus dibuat pada skala besar .

Manufaktur roll-to -roll dapat memungkinkan graphene harus dibuat pada skala besar . Universitas Korea

Sementara menunjukkan graphene menjanjikan untuk transistor , ia memiliki masalah besar : Ini tidak dapat beralih aliran listrik " off " seperti bahan seperti silikon , yang berarti listrik akan mengalir terus-menerus. Itu berarti graphene tidak bisa berfungsi sebagai transistor sendiri . Para peneliti sekarang mencari cara untuk menyesuaikan dan mengkombinasikannya dengan bahan lain untuk mengatasi keterbatasan ini . Salah satu teknik melibatkan menempatkan lapisan boron nitrida - lain satu-atom -tebal bahan - antara dua lapisan graphene . Yang dihasilkan transistor dapat dinyalakan dan dimatikan , namun kecepatan elektron ' yang agak melambat . Teknik lain melibatkan memperkenalkan kotoran ke graphene .

Graphene juga mungkin muncul terlambat untuk banyak aplikasi yang mungkin . Baterai mobil listrik dan serat karbon bisa dibuat dengan graphene , tetapi mereka sudah mengandalkan karbon aktif dan grafit , masing - dua bahan yang sangat murah . Graphene akan tetap lebih mahal untuk saat ini , dan mungkin tidak akan pernah cukup murah untuk meyakinkan produsen untuk beralih .

Dunia ini hanya satu dekade ke mengeksplorasi apa yang dapat dilakukan dengan graphene . Sebaliknya, silikon telah sekitar selama hampir 200 tahun . Pada penelitian kecepatan bergerak , kita bisa tahu segera jika graphene akan menjadi mana-mana atau hanya langkah lain dalam menemukan bahan ajaib berikutnya .