2009-08-14: Naukowcy odkryli nową odmianę węgla

piątek, 14 sierpnia 2009

Zespół naukowców odkrył nową formę węgla – informuje serwis PhysicsWorld.

Nową odmianę alotropową węgla odkryli naukowcy z międzynarodowej grupy badawczej, w skład której wchodzi kilka instytutów naukowych świata, m.in. Georgia Institute of Technology, University of California, Berkeley, Lawrence National Laboratory (USA) oraz Commissariat a l'Energie Atomique w Sacley czy CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), Nancy-Universite (Francja).

Węgiel występuje w stanie wolnym w postaci grafitu, diamentu i sadzy. Odmiany te znane były już w starożytności, niektóre zaś poznane niedawno, jak fulereny i nanorurki. Najnowszą z form węgla jest odkryty w 2004 roku grafen.

Grafen jest szczególnym rodzajem grafitu, składającym się z pojedynczej warstwy atomów węgla. Jest to forma węgla o grubości jednego atomu, która po raz pierwszy została otrzymana przez Andre Geima wraz z zespołem naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze w 2004 roku.

Grafen to pojedyncza warstwa atomów węgla ułożonych w kształcie plastra miodu. Z takich warstw nałożonych jedna na drugą składa się grafit i stąd wzięła się nazwa grafenu - nowego materiału.

Jego właściwości fizyczne i chemiczne pozwalają wykorzystać go jako doskonały materiał. Ma minimalną rezystancję, świetnie przewodzi zarówno prąd elektryczny, jak i ciepło. Te właśnie cechy pozwalają budować bardzo szybkie i stabilne układy elektroniczne bazujące na tych strukturach węgla, zwłaszcza grafenie.

Tworząc warstwy grafenu na podłożu wykonanym z węgliku krzemu (SiC), naukowcy odkryli nową formę węgla, gdzie poszczególne płaszczyzny utworzone z atomów węgla są obrócone względem siebie o 30 stopni, a nie jak zazwyczaj w graficie o 60 stopni. Nowy materiał doskonale nadaje się do zastosowań w nanoelektronice, gdyż może być stosunkowo tani w produkcji.

Grafen, czyli atomowej grubości warstwa utworzona wyłącznie z węgla, jest znany naukowcom zaledwie od 2004 roku. Prowadzone są bardzo intensywnie prace badawcze nad jego właściwościami i zastosowaniami. Dzięki temu tworzone są coraz to wydajniejsze metody syntezy grafenu (najprostsza polega na odrywaniu płatków grafenu od powierzchni grafitu za pomocą taśmy klejącej).

Przy produkcji grafenu naukowcy otrzymali nowy materiał, wielowarstwowy grafen epitaksjalny (MEG, ang. multilayer epitaxial graphene), który został utworzony na powierzchni węgliku krzemu, gdzie w odpowiednich warunkach fizykochemicznych odparowaniu uległ krzem, pozostawiając na powierzchni warstwę węgla. Otrzymany węgiel różnił się od grafitu tym, iż poszczególne warstwy utworzone z atomów węgla były obrócone względem siebie o 30 stopni, a nie jak w graficie - o 60 stopni.

Nowy wielowarstwowy epitaksjalny grafen (MEG), zbudowany warstwa na warstwie, utworzony z około 12 atomowych płaszczyzn został poddany dokładnym analizom fizykochemicznym, w tym spektroskopowej analizie za pomocą promieniowania rentgenowskiego ARPES (ang. X-ray scattering and angle resolved photoemission spectroscopy), co umożliwiło określenie różnic między znanymi dotąd formami węgla a nowo odkrytą formą o charakterze MEG.

Okazało się, iż każda z 12 warstw tworzących nowy materiał była idealnie odizolowana od sąsiadującej warstwy, dzięki czemu materiał przewodził prąd elektryczny jedynie w płaszczyźnie.

Według naukowców MEG doskonale nadaje się na bazowy materiał dla węglowej elektroniki przyszłości, której elementy mają być tworzone z węgla, a nie jak dotąd z krzemu. Jedną z zalet MEG, w porównaniu z grafenem, jest jego cena, która jest wielokrotnie niższa dzięki możliwej automatyzacji procesu produkcji. Zanim jednak nowy materiał trafi do urządzeń elektronicznych, konieczne jest przeprowadzenie wielu badań, dzięki którym bardzo szczegółowo poznane zostaną jego właściwości.

Źródła

Encyklopedia Wikipedia
New form of carbon created – PhysicsWorld.com, Aug 7, 2009
Wynaleziono nową formę węgla – wiadomości.onet.pl, 13 sierpnia 2009