Nghiên cứu chế tạo phụ gia giảm mài mòn cho dầu
Một số ứng dụng của vật liệu graphen
tải về 4.21 Mb. Chế độ xem pdf
|
| 2.4. Một số ứng dụng của vật liệu graphen
- Graphen- Transistor hiệu ứng trường Khi mà công nghệ mạch tích hợp trên nền tảng silic đang dần đi tới giới hạn theo định luật Moore. Vì vậy để nâng cao tốc độ xử lý của các thiết bị đòi hỏi các nhà khoa học và các nhà phát triển công nghệ phải tìm ra được một loại vật liệu mới để có thể thay thế được silic. Kể từ khi được tìm ra vào năm 2004 vật liệu graphen đã thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Với độ dẫn điện cao, bền cơ học và giá thành rẻ graphen đang được nghiên cứu nhiều để ứng dụng trong ngành công nghiệp điện tử. Đặc biệt là chế tạo ra các transistor hiệu ứng trường (FET). Graphen FET được chế tạo có kích thước na no và tần số đóng cắt ( ~THz) vượt trội so với MOSFET silicon tốt nhất hiện nay. Đặc biệt các FET hiệu ứng trường được chế tạo từ chất liệu graphen cho thấy các electron có khả năng di chuyển mà không bị tán xạ từ điện cực nguồn đến điện cực máng ở nhiệt độ phòng. 32 Hình 1.17: Cấu trúc của graphen FET [51]. - Màng dẫn điện trong suốt Nhờ vào cấu trúc điện tử khác thường nên graphen có khả năng dẫn điện tốt với mức độ truyền qua cao, và vật liệu này đã được sử dụng làm điện cực trong suốt thay thế cho ITO, một bộ phận thiết yếu trong các thiết bị như: màn hình cảm ứng, màn hình tinh thể lỏng, tế bào quang điện, pin mặt trời hữu cơ…[46]. Hình 1.18: Cấu tạo của OLED sử dụng graphen làm lớp điện cực trong suốt [59]. Ngoài những yêu cầu về tính dẫn điện và độ truyền qua cao, các điện cực oxit kim loại trong màn hình tinh thể lỏng và các thiết bị quang học còn cần phải có độ bền hóa học cao, nhằm để hạn chế sự khuếch tán của oxi và các ion kim loại vào trong các lớp vật liệu khác. Bởi vì sự khuếch tán của oxi vào trong các lớp điện môi có thể gây ra hiện tượng oxi hóa, điều này sẽ dẫn đến việc đánh thủng điện môi chỉ với điện thế thấp, hoặc trong màn hình tinh thể lỏng khi các ion kim loại khuếch tán 33 vào trong các lớp hiệu chỉnh sẽ tạo nên các bẩy điện tích tạo nên điện trường trên màn hình (điều này sẽ dẫn đến hiện tượng lưu ảnh (hay con gọi là hiện tượng bóng ma) trên màn hình. Các vấn đề này sẽ được khắc phục khi sử dụng graphen làm điện cực vì graphen được tạo thành từ các nguyên tử cacbon nên là vật liệu có độ bền hóa học cao. Đặc biệt hơn, graphen còn có độ bền cơ học và tính dẻo vượt trội so với ITO nên nó còn được tiếp tục nghiên cứu để chế tạo các màn hình có khả năng uốn dẻo. Hình 1.19: Minh họa của thiết bị tinh thể lỏng với các lớp cơ bản: 1- Thủy tinh; 2- Graphen; 3- Cr/Au; 4- Lớp hiệu chỉnh (polyvinyl alcohol); 5- Lớp thủy tinh lỏng; 6- lớp hiệu chỉnh; 7- ITO; 8- Thủy tinh. - Cảm biến điện hóa[36, 42] Trong việc chế tạo sensor nhạy khí thì graphen được xem là loại vật liệu tốt hơn hết, bởi vì graphen là vật liệu có cấu trúc phẳng 2 chiều nên nó có diện tích bề mặt rất lớn, (lên đến 2600 m 2 /g [37]) kết hợp với khả năng dẫn điện cao và độ nhiễu thấp. Khi các phân tử khí bám vào bề mặt graphen sẽ làm thay đổi điện trở cục bộ tại vị trí đó, và dựa trên cơ chế này mà các phân tử khí sẽ được phát hiện. Các sensor nhạy khí đã được chế tạo với kích thước micromet, có độ nhạy cao cho phép phát hiện các chất khí với nồng độ rất thấp. 34 Hình 1.20: Phân tử NO 2 bám trên bề mặt của màng graphen [44]. - Pin Lithium Bên cạnh những ứng dụng thực tiễn đòi hỏi lớp graphen có cấu trúc càng hoàn hảo càng tốt như trên, thì cũng có những ứng dụng không kém phần quan trọng khác nhưng lại không yêu cầu cao về cấu trúc đồng đều của màng, điển hình như: sử dụng graphen trong việc chế tạo pin Lithium Ion (thiết bị dùng để dự trữ năng lượng cho các thiết bị sử dụng lưu động). Graphen oxit được tổng hợp từ phương pháp hóa học, sẽ được khử bằng hóa chất hydrazin, nhiệt phân ở nhiệt độ thấp hoặc chiếu xạ bằng chùm điện tử thích hợp sẽ tạo nên sản phẩm được gọi là graphen paper. Quá trình oxi hóa và khử đã tạo nên nhiều điểm khuyết và mất trật tự trên bề mặt của màng, đồng thời làm cho khoảng cách giữa các lớp trong graphen paper ~ 0.4nm. Những khuyết tật này cùng với sự gia tăng khoảng cách giữa các lớp phù hợp cho việc bẫy và gỡ bỏ những ion Li nhanh chóng trong quá trình nạp và phóng điện của pin. Thực nghiệm đã chế tạo được các pin với điện dung từ 1100 mAh/g, cao hơn so với các pin truyền thống sử dụng graphit làm điện cực với dung lượng lưu trữ < 372 mA h/g [32]. - Siêu tụ Việc tích trữ năng lượng cho các thiết bị điện tử cầm tay luôn là một bài toán hóc búa với các nhà phát triển công nghệ. Năng lượng điện chủ yếu vẫn được tích trữ sử dụng pin, tuy nhiên khi dung lượng tích trữ tăng thì kích thước pin lớn lên, 35 nặng hơn và khả năng nạp điện cũng lâu hơn. Để giải quyết nhược điểm này, người ta đã chế tạo ra các siêu tụ sử dụng vật liệu graphen có khả năng tích trữ lớn gấp vài 100 lần pin, kích thước và trọng lượng nhỏ, khả năng nạp điện nhanh, thời gian sống dài, ít phải bảo dưỡng [7]. Ngoài ra, siêu tụ sử dụng graphen có giá thành thấp, thân thiện với môi trường phù hợp với những ứng dụng trong đời sông và trong sản suất công nghiệp. - Vật liệu graphen- composit Với các tính chất cơ đặc biệt như đã được trình bày ở phần trước, vật liệu graphen đã được nghiên cứu ứng dụng làm chất gia cường cho các vật liệu tổ hợp nền polyme, cao su, gốm. tải về 4.21 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|