thuyết trình đề tài Graphene

Nhóm 2:
Nguyễn Hy 1113195
Hồ Hữu Quý 1113575
Trần Văn Chung 1113044
Hoàng Văn Chương 1113045
Graphene
MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN THIẾT

Tài liệu công nghệ nano: http://
mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%2
0lop/seminar.html

https://
drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1
MtRXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing
I. Giới thiệu chung về Carbon
Phổ biến thứ 15 trong vỏ trái đất
Phổ biến thứ 4 trong vũ trụ (sau khi HYDRO, HELI & OXY)
Nguyên tố phi kim có hóa trị 4
Tìm thấy rất nhiều trong
Dưới dạng trầm tích như: than đá, than bùn, dầu và khí metan
Hiện diện trong tất cả các dạng sống được biết đến
Trong cơ thể người: phổ biến thứ hai (khoảng 18,5%) sau khi OXY.
Đá vôi, carbon dioxide
Tính theo khối lượng
I. Giới thiệu chung về Carbon
Các dạng thù hình của Carbon
Ba dạng phổ biến nhất:
Than chì
Carbon vô định hình
Kim cương

I. Giới thiệu chung về Carbon
Các dạng thù hình của Carbon
Fulleren
e
Carbon
Nanotube
Lonsdaleite
Kim cương 6 phương
Carbon Nanobud
II. Giới thiệu về Graphene
Lớp đơn nguyên tử carbon sắp xếp theo mạng lục giác.
Được xem là cấu trúc cơ bản của dạng thù
hình khác của carbon, như:
Graphite có bề dày 1 nguyên tử
-
Than chì.
-
Ống nano carbon.
-
Fullerene.
Hay:
Xếp chồng các đơn lớp graphene
Graphite
II. Giới thiệu chung về Graphene
2.Lịch sử
Được phát hiện năm1985, do một nhóm nghiên cứu gồm:
Fullere
ne
Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O'Brien và Harold Kroto
Hai yếu tố làm C60 giảm tính thực tế là:

1. Giá cả quá cao.
2. C60 không hòa tan trong dung môi rất bất lợi cho việc gia công.
Tuần báo The Economist có lần phê bình :
"Cuộc cách mạng công nghệ duy nhất mà fullerene đã thực hiện là
sản xuất ra những bài báo cáo khoa học!"
"Khám phá về Fullerene"
Carbon nanotube
1991, Sumio Iijima phát hiện CNT trong muội than của
điện cực âm trong quá trình phóng điện hồ quang.
Sumio Iijima
Nghiên cứu này đc kỳ vọng là sẽ cho ra Fullerene
Graphene
2004, Andre Konstantin Geim cùng Konstantin Novoselov
tại Đại học Manchester (Anh Quốc)
Phương pháp bóc tách graphite thành một lớp đơn
nguyên tử.
“Tách lớp graphene từ than chì để mở ra hướng
nghiên cứu mang tính đột phá về ứng dụng của
Graphene vào điện tử”
Năm 1990, các nhà vật lý người Đức ở RWTH Aachen
University đã tạo được những miếng graphite mỏng đến
độ trong suốt.
Trước đó:
Dưới sự khúc xạ của ánh sáng và sự giao thoa của phản xạ từ SiO2
Chuyển những lớp bong graphene từ băng keo sang một đĩa Silicon.
Quan sát dưới một kính hiển vi quang học bình thường.
Lớp bong graphene được đặt trên SiO2.
Bề mặt của silicon thường bị phủ bởi Silicon Dioxide (SiO2)
Graphene đơn lớp chỉ thấy được
khi lớp SiO2 có độ dày chính xác

315 nm.
Từ màu sắc
Số lớp của graphene.
Lớp bong graphene cho ra nhiều
màu sắc tùy theo độ dày của
graphene
Graphene
Graphene
2009, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Texas, Austin đã tổng hợp
được tấm màng graphene đồng nhất, chất lượng cao kích thước1 cm2
bằng cách phát triển chúng trên các lá đồng mỏng
Tháng 10, 2009, IBM tạo ra được Transistors Graphene có thể
hoạt động ở tần số 26 GHz
Tháng 4, 2011 – 155ghz.
Tháng 2, 2010 – 100 GHz
Đầu năm 2009, IBM công bố đã có thể điều chỉnh độ rộng vùng
cấm của graphene 2 lớp đến 130 meV.
II. Tính chất của Graphene
1. Vật liệu không tồn tại
Lev
Davidovich
Landau
Rudolf Ernst
Peierls
Khi tấm phim đạt đến độ mỏng khoảng 1 nm
Không thể có sự hiện hữu của graphene.
Không có graphene phẳng tuyệt đối
Trong
tự nhiên
“Lý thuyết trên không chấp nhận một mạng lưới phẳng tuyệt đối nhưng

không cấm một mạng lưới graphene được phát triển trên vật liệu 3D”
Tinh thể 2 chiều là không ổn định và không thể
tồn tại ở trạng thái tự do.
Tự chuyển thành những cấu trúc 3 chiều.
II. Tính chất của Graphene
2. Tính chất cơ của Graphene
Độ cứng - Young’s Modulus
ε
/ A
/
o o
o o
F FL
E
L L A L
σ
ε
= = =
∆ ∆
Trong đó:

E là mô đun Young (mô đun đàn hồi)

F là lực tác dụng trên vật liệu;

Ao là diện tích bề mặt mà lực được áp
vào.

ΔL là độ biến dạng của vật liệu.


Lo là chiều dài ban đầu của đối tượng.
GPa hoặc N/mm2.
Ứng suất
Tỉ số biến dạng
Young’s modulus của một vật liệu cho ta biết lượng năng lượng mà vật
liệu đó có thể hấp thụ mà không bị hư hỏng, biến dạng
II. Tính chất của Graphene
2. Tính chất cơ của Graphene
Vật liệu Độ cứng
Young’s modulus
(GPa)
Độ bền kéo
Ultimate tensile strength
(GPa)
Thép A36 200 0.4-0.55
Ống nano carbon 1000+ 11-63
Graphene 1050 130
Kim cương 1220 2.8
Aramid (Kevlar) 70.5–112.4 3.8
II. Tính chất của Graphene
2. Tính chất cơ của Graphene
Gia cường
Để composite đạt được cơ tính tối đa:
Dưới tác dụng của lực Van der Waals:
Các mảnh graphene hay ống than nano có khuynh hướng
Tập trung
Trở lại
trạng thái graphite.
Giảm cơ tính của vật liệu
Vật gia cường cần phải được phân tán một cách hiệu quả.

Nếu ta có thể phân tán 1% graphene trong polymer poly(methylmethacrylate)
Độ cứng sẽ tăng 5 lần (từ 2, 5 đến 12,7 GPA)
Độ bền đến 22 lần (0,06 đến 1,25 GPA)
Độ trong suốt vẫn không suy giảm.
II. Tính chất của Graphene
2. Tính chất điện của Graphene
Khi di chuyển trong một môi trường, electron bị tán xạ bởi nhiều nguyên nhân:
Electron chuyển động trong một môi trường có thể được gán một QDTDTB
Quãng đường này có thể tăng lên bằng cách giảm tán xạ.
QDTDTB của các electron
-
Bởi các tạp chất, khuyết tật, sai hỏng mạng.
-
Nút mạng (chất rắn)
-
Nguyên tử / phân tử (chất lỏng hoặc khí)
kích thước của môi trường
mà electron di chuyển trong đó
Chuyển động đạn đạo - ballistic transport
Điện trở suất
sự cản trở dòng điện
Electron hành xử như hạt không khối lượng di chuyển trên bề mặt graphene
II. Tính chất của Graphene
2. Tính chất điện của Graphene
Vật liệu ρ (Ω/m) tại 200C σ (S/m) tại 200C
Graphene 1,00.10-8 1,00.108
Bạc 1,59.10-8 6,30.107
Đồng 1,68.10-8 5,96.107
Vàng 2,44.10-8 4,10.107
Nhôm 2,82.10-8 3,50.107

II. Tính chất của Graphene
3. Tính chất nhiệt của Graphene
Vật liệu Độ dẫn nhiệt (W/m.K)
Helium II >100.000
Graphene ((4840±440) - (5300±480)
Single wall carbon nanotube 3500
Kim cương 2200
Bạc 406-430
Đồng 350-400
Vàng 315
Nhôm 205-250
Graphite 25-470
III. Phân loại graphene
Graphene nanoribbons
Graphene oxide paper
Bilayer 3D
Graphene
III. Phân loại graphene
Graphene nanoribbons
Graphene có bề rộng <50 nm
Cấu trúc Armchair GNRs:
Cấu trúc Zigzag GNRs
III. Phân loại graphene
3D
Graphene oxide paper
III. Phân loại graphene
Bilayer
III. Phân loại graphene
Bilayer
Graphene đơn lớp:

Độ dẫn điện: 1,00.108 (S/m) tại 200C
Độ dẫn nhiệt: (4840±440) - (5300±480) (W/m.K) tại 293K
Tính chất cơ: - Young’d Modulus: 1050 Gpa
- Độ bền kéo: 130 GPa
Không có vùng cấm
Hạn chế ứng dụng trong công nghiệp bán dẫn
Hạn chế:
III. Phân loại graphene
Bilayer
Xếp chồng hai lớp graphene đơn lớp lên nhau.
Cả hai lớp graphene đươc đính trên đế silicon
Đặt một hiệu điện thế giữa đế Silicon và Bilayer
Từ trường ngoài
Chênh lệch điện tích
Điện tử di chuyển về một lớp
Lỗ trống di chuyển về lớp còn lại
Thay đổi độ lớn của điện trường ngoài
Thay đổi độ lớn của vùng cấm
0-250 meV