تفاوت میان نسخه‌های «گرافین»

۱۳۴ بایت اضافه‌شده ،  ۵ سال پیش
جز
برچسب: نیازمند بازبینی
[[پرونده:Graphen.jpg|چپ|ساختار شبکه شش ضلعی گرافین|بندانگشتی|200px]]
'''گرافن''' {{انگلیسی|Graphene}} نامِ یکی از [[آلوتروپ|آلوتروپ‌هایِ]] [[کربن]] است. متشکل از لانه زنبوری SP2 و همچنین
'''گرافین''' {{انگلیسی|Graphine}} نامِ یکی از [[آلوتروپ|آلوتروپ‌هایِ]] [[کربن]] است. متشکل از SP+SP2 هیبریدیزه شده، البته
گرافین و گرافن را نباید با هم اشتباه گرفت. اما خواص آن هاآن قدر به هم مشابهند که به جای هم به کار می روندمی‌روند.
در [[گرافیت]] (یکی دیگر از آلوتروپ‌هایِ کربن)، هر کدام از اتم‌هایِ [[ظرفیت (شیمی)|چهارظرفیتیِ]] کربن، با سه [[پیوند کووالانسی|پیوندِ کووالانسی]] به سه اتمِ کربنِ دیگر متصل شده‌اند و یک شبکهٔ گسترده را تشکیل داده‌اند. این لایه خود بر رویِ لایه‌ای کاملاً مشابه قرار گرفته‌است و به این ترتیب، چهارمین الکترونِ ظرفیت نیز یک پیوندِ شیمیایی داده‌است، اما این پیوندِ این الکترونِ چهارم، از نوعِ [[پیوند واندروالسی|پیوندِ واندروالسی]] است که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایه‌هایِ گرافیت به راحتی بر رویِ هم سر می‌خورند و می‌توانند در نوکِ مداد به کار بروند. گرافین ماده‌ای است که در آن تنها یکی از این لایه‌هایِ گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترونِ پیوندیِ کربن، به عنوان الکترونِ آزاد باقی مانده‌استباقی‌مانده‌است.
 
هر چند نخستین بار در سال ۱۹۴۷ فیلیپ والاس دربارهٔ گرافین نوشت و سپس از آن زمان تلاش‌هایِ زیادی برایِ ساختِ آن صورت گرفته بود اما قضیه‌ای به نامِ [[قضیه مرمین-واگنر|قضیهٔ مرمین-واگنر]] در [[مکانیک آماری|مکانیکِ آماری]] و [[نظریه میدان‌های کوانتومی|نظریهٔ میدان‌هایِ کوانتومی]] وجود داشت که ساختِ یک مادهٔ دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار می‌دانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، [[آندره گایم]] و [[کنستانتین نووسلف]]، از دانشگاه منچستر موفق به ساختِ این ماده شده و نشان دادند که قضیهٔ مرمین-واگنر نمی‌تواند کاملاً درست باشد. جایزهٔ [[نوبل فیزیک|نوبلِ فیزیکِ ۲۰۱۰]] نیز به خاطرِ ساختِ ''ماده‌ای دوبعدی'' به این دو دانشمند تعلق گرفت.<ref>{{یادکرد وب|نویسنده = |نشانی = http://www.dw-world.de/dw/article/0,,6080482,00.html |عنوان = نوبل فیزیک برای کاشفان «ماده‌ای جادوئی» | ناشر = دویچه وله|تاریخ = ۵ اکتبر ۲۰۱۰|تاریخ بازدید = ۲ نوامبر ۲۰۱۰}}</ref>
{{-}}
 
== معرفی ==
گرافین ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد [[شبکه لانه زنبوری]] کربنی می‌باشد. گرافین به علت داشتن خواص فوق العادهفوق‌العاده در [[رسانندگی الکتریکی]] و [[رسانندگی گرمایی]]، چگالی بالا و [[تحرک پذیری|تحرک پذیری حامل‌های بار]]، [[رسانندگی اپتیکی]]<ref>Nair, R. R. , P. Blake, A. N. Grigorenko, et al. 2008. Fine structure constant defines visualtransparency of graphene. Science 320 (5881):1308</ref> و خواص مکانیکی<ref>Geim, A. K. , and P. Kim. 2008. Carbon wonderland. Scientific American 298 (4):90–97. Geim, A. K. , and K. S. Novoselov. 2007</ref> به ماده‌ای منحصربفرد تبدیل شده است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق العادهفوق‌العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکان در نسل بعدی قطعه‌های [[فوتونیک|فوتونیکی]] و الکترونیکی در نظر گرفته شده است و از این رو توجه کم سابقه‌ای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده است. طول پیوند کربن ـ کربن در گرافین در حدود ۰٫۱۴۲ نانومتر است. ساختار زیر بنایی برای ساخت نانو ساختارهای کربنی، تک لایه گرافین است که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل می‌دهند که بر همبرهم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصلهٔ بین صفحه‌ای ۰٫۳۳۵ نانومتر می‌باشد. اگر تک لایه گرافیتی حول محوری لوله شود [[نانو لوله کربنی]] شبه یک بعدی واگر به صورت کروی پیچانده شود [[فلورین]] شبه صفر بعدی را شکل می‌دهد. لایه‌های گرافینی از ۵ تا ۱۰ لایه را به نام ''گرافین کم لایه'' و بین ۲۰ تا ۳۰ لایه را به نام ''گرافین چند لایه''، ''گرافین ضخیم'' و یا ''نانو بلورهای نازک گرافیتی''، می‌نامند.
 
گرافین خالص تک لایه ازخود خواص شبه فلزی نشان می‌دهد.<ref>Novoselov, K. S. , A. K. Geim, S. V. Morozov, et al. 2005. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 438 (7065):197–200</ref> درگرافین طیف حامل‌ها شبیه به طیف فرمیون‌های دیراک بدون جرم می‌باشد و به علاوه کوانتش ترازهای لاندائو، اثر کوانتومی هال صحیح و کسری، در این سامانه باعث شده است که توجه بسیاری از فیزیکدان‌ها از حوزه‌های مختلف فیزیک به آن جلب شود.<ref>[4]Novoselov, K. S. , D. Jiang, F. Schedin, et al. 2005. Two-dimensional atomic crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 102 (30):10451–10453</ref> علاوه بر این‌ها خصوصیات سامانه‌های گرافین بطور مستقیم به تعداد لایه‌های گرافین موجود در سامانهٔ مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال، گذردهی نوری برای گرافین تک لایه تقریباً برابر با ۹۷ درصد و مقاومت صفحهٔ آن ۲/۲ می‌باشد وگذردهی نوری برای گرافین‌های دو، سه و چهار لایه به ترتیب ۹۵، ۹۲ و ۸۹ درصد با مقاومت صفحهٔ به ترتیب ۱، ۷۰۰ و ۴۰۰ است که نشان دهندهٔ آن است که با افزایش تعداد صفحات گرافین گذردهی نوری سامانه کم می‌شود.<ref>Li, X. S. , Y. W. Zhu, W. W. Cai, et al. 2009. Transfer of large-area graphene films for highperformance transparent conductive electrodes. Nano Letters 9 (12):4359–4363</ref> از سوی دیگر چگالی حامل بار در گرافین از مر تبه ۱۰<sup>۱۳</sup> بر سانتی مترسانتی‌متر مربع با تحرک پذیری تقریباً 15000 cm<sup>۲</sup>/V.s و<ref>- Geim, A. K. , and K. S. Novoselov. 2007. The rise of graphene. Nature Materials 6 (3):183–191</ref> با مقاومتی از مرتبه <sup>۶-</sup>۱۰ اهم-سانتی‌متراست که به نحو مطلوبی قابل مقایسه با ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) می‌باشد. خواص منحصربفرد گرافین آن را کاندیدهای بسیار مطلوبی برای طراحی نسل بعدی قطعه‌های الکترونیکی و نوری همچون ترانزیستورهای بالستیک، ساطع کننده‌های میدان، عناصر مدارهای مجتمع، الکترودهای رسانای شفاف، و حسگرها قرار داده است. همچنین، رسانندگی الکتریکی و گذردهی نوری بالای گرافین، آن را به عنوان کاندیدی مناسب برای الکترودهای رسانای شفاف، که مورد استفاده در صفحه‌های لمسی و نمایشگرهای بلوری مایع و سلول‌های فوتوالکتریک و به علاوه دیودهای آلی ساطع کننده نور (OLED) معرفی می‌کند. بکار گیری بسیاری از این سامانه‌های اشاره شده منوط به داشتن تک لایه گرافینی پایدار بر روی زیر لایه مناسب با گاف انرژی قابل کنترل می‌باشند که این موضوع خود با چالش جدی روبروست.
گرافین ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد [[شبکه لانه زنبوری]] کربنی می‌باشد. گرافین به علت داشتن خواص فوق العاده در [[رسانندگی الکتریکی]] و [[رسانندگی گرمایی]]، چگالی بالا و [[تحرک پذیری|تحرک پذیری حامل‌های بار]]، [[رسانندگی اپتیکی]]<ref>Nair, R. R. , P. Blake, A. N. Grigorenko, et al. 2008. Fine structure constant defines visualtransparency of graphene. Science 320 (5881):1308</ref> و خواص مکانیکی<ref>Geim, A. K. , and P. Kim. 2008. Carbon wonderland. Scientific American 298 (4):90–97. Geim, A. K. , and K. S. Novoselov. 2007</ref> به ماده‌ای منحصربفرد تبدیل شده است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکان در نسل بعدی قطعه‌های [[فوتونیک|فوتونیکی]] و الکترونیکی در نظر گرفته شده است و از این رو توجه کم سابقه‌ای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده است. طول پیوند کربن ـ کربن در گرافین در حدود ۰٫۱۴۲ نانومتر است. ساختار زیر بنایی برای ساخت نانو ساختارهای کربنی، تک لایه گرافین است که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل می‌دهند که بر هم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصلهٔ بین صفحه‌ای ۰٫۳۳۵ نانومتر می‌باشد. اگر تک لایه گرافیتی حول محوری لوله شود [[نانو لوله کربنی]] شبه یک بعدی واگر به صورت کروی پیچانده شود [[فلورین]] شبه صفر بعدی را شکل می‌دهد. لایه‌های گرافینی از ۵ تا ۱۰ لایه را به نام ''گرافین کم لایه'' و بین ۲۰ تا ۳۰ لایه را به نام ''گرافین چند لایه''، ''گرافین ضخیم'' و یا ''نانو بلورهای نازک گرافیتی''، می‌نامند.
گرافین خالص تک لایه ازخود خواص شبه فلزی نشان می‌دهد.<ref>Novoselov, K. S. , A. K. Geim, S. V. Morozov, et al. 2005. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 438 (7065):197–200</ref> درگرافین طیف حامل‌ها شبیه به طیف فرمیون‌های دیراک بدون جرم می‌باشد و به علاوه کوانتش ترازهای لاندائو، اثر کوانتومی هال صحیح و کسری، در این سامانه باعث شده است که توجه بسیاری از فیزیکدان‌ها از حوزه‌های مختلف فیزیک به آن جلب شود.<ref>[4]Novoselov, K. S. , D. Jiang, F. Schedin, et al. 2005. Two-dimensional atomic crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 102 (30):10451–10453</ref> علاوه بر این‌ها خصوصیات سامانه‌های گرافین بطور مستقیم به تعداد لایه‌های گرافین موجود در سامانهٔ مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال، گذردهی نوری برای گرافین تک لایه تقریباً برابر با ۹۷ درصد و مقاومت صفحهٔ آن ۲/۲ می‌باشد وگذردهی نوری برای گرافین‌های دو، سه و چهار لایه به ترتیب ۹۵، ۹۲ و ۸۹ درصد با مقاومت صفحهٔ به ترتیب ۱، ۷۰۰ و ۴۰۰ است که نشان دهندهٔ آن است که با افزایش تعداد صفحات گرافین گذردهی نوری سامانه کم می‌شود.<ref>Li, X. S. , Y. W. Zhu, W. W. Cai, et al. 2009. Transfer of large-area graphene films for highperformance transparent conductive electrodes. Nano Letters 9 (12):4359–4363</ref> از سوی دیگر چگالی حامل بار در گرافین از مر تبه ۱۰<sup>۱۳</sup> بر سانتی متر مربع با تحرک پذیری تقریباً 15000 cm<sup>۲</sup>/V.s و<ref>- Geim, A. K. , and K. S. Novoselov. 2007. The rise of graphene. Nature Materials 6 (3):183–191</ref> با مقاومتی از مرتبه <sup>۶-</sup>۱۰ اهم-سانتی‌متراست که به نحو مطلوبی قابل مقایسه با ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) می‌باشد. خواص منحصربفرد گرافین آن را کاندیدهای بسیار مطلوبی برای طراحی نسل بعدی قطعه‌های الکترونیکی و نوری همچون ترانزیستورهای بالستیک، ساطع کننده‌های میدان، عناصر مدارهای مجتمع، الکترودهای رسانای شفاف، و حسگرها قرار داده است. همچنین، رسانندگی الکتریکی و گذردهی نوری بالای گرافین، آن را به عنوان کاندیدی مناسب برای الکترودهای رسانای شفاف، که مورد استفاده در صفحه‌های لمسی و نمایشگرهای بلوری مایع و سلول‌های فوتوالکتریک و به علاوه دیودهای آلی ساطع کننده نور (OLED) معرفی می‌کند. بکار گیری بسیاری از این سامانه‌های اشاره شده منوط به داشتن تک لایه گرافینی پایدار بر روی زیر لایه مناسب با گاف انرژی قابل کنترل می‌باشند که این موضوع خود با چالش جدی روبروست.
{{-}}
== روشهای ساخت گرافین ==
 
== روشهای ساخت گرافین ==
امروزه روش‌های بسیار متنوعی برای ساخت گرافین بکار برده می‌شود که از متداول‌ترین آنها می‌توان به روش‌های لایه برداری مکانیکی، لایه برداری شیمیایی، سنتزشیمیایی و رسوب بخار شیمیایی (CVD) را نام برد. برخی روش‌های دیگری همانند شکافتن نانو لوله‌های کربنی<ref>Jiao, L. Y. , X. R. Wang, G. Diankov, H. L. Wang, and H. J. Dai. 2010. Facile synthesis of highquality graphene nanoribbons. Nature Nanotechnology 5 (5):321–325</ref> و ساخت باامواج ماکرویو<ref>Xin, G. Q. , W. Hwang, N. Kim, S. M. Cho, and H. Chae. 2010. A graphene sheet exfoliated with microwave irradiation and interlinked by carbon nanotubes for high-performance transparent flexible electrodes. Nanotechnology 21 (40)</ref> نیز اخیراً بکاربرده شده‌اند. یک نمای کلی از روش‌های ساخت گرافین در زیر آمده است:
* '''<big>روش‌های ساخت گرافین</big>'''
در سال ۱۹۷۵گروه Lang برای اولین بار گرافیت کم لایه بر روی سطح بلور پلاتین را با استفاده از روش CVD تولید کردند.<ref>Lang, B. 1975. A LEED study of the deposition of carbon on platinum crystal surfaces. Surface Science 53 (1):317–329</ref> در سال ۱۹۹۹ گروه Lu با استفاده از AFM، لایه برداری مکانیکی را بر روی یک گرافیت پیرولیتی به منظور تهیه گرافین تک لایه انجام دادند.<ref>Lu, X. K. , M. F. Yu, H. Huang, and R. S. Ruoff. 1999. Tailoring graphite with the goal of achieving single sheets. Nanotechnology 10 (3):269–272</ref> با این وجود، گرافین تک لایه برای اولین بار در سال۲۰۰۴ توسط گروه Novoselov تولید و گزارش شد. آن‌ها از چسب نواری برای جدا کردن لایه‌های گرافین از سطح زیرلایه استفاده کردند. این روش توانایی و قابلیت تولید لایه‌های متنوع گرافین را دارد و علاوه بر آن، آسان نیز است. روش لایه برداری مکانیکی توسط قابلیت تولید لایه‌های گرافیتی کم لایه و چند لایه را دارد اما ضخامت گرافیت بدست آمده توسط این روش برابر با ۱۰ نانو متر است که تقریباً برابر با ۳۰ لایه گرافین تک لایه است. در روش لایه برداری شمیایی فلزات قلیایی بین صفحات گرافیت پراکنده شده در محلول، قرار می‌گیرند. به طور مشابه روش سنتز شیمیایی شامل اکسید گرافیت پراکنده در محلول ناشی شده از کاهش هیدروزین است. همانند تولید نانو لوله‌های‌کربنی توسط روش CTCVD، تولید گرافین توسط این روش یکی از بهترین روش‌ها برای تولید گرافین در ابعاد بزرگ است. در این روش کربنی که بوسیله گرما جدا شده بر روی سطح یک فلز فعال قرار می‌گیرد و در دمای بالا و تحت فشار اتمسفر یا فشار کم، یک شبکه لانه زنبوری تشکیل می‌دهد. از آنجایی که این روش CVD در یک کوره گرمایی انجام می‌گیرد آن را روش CVD گرمایی می‌نامند. هنگامی که روش شامل رشد به کمک پلاسما باشد، روش CVD پلاسمای غنی شده نامیده می‌شود. هریک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند، به عنوان مثال روش لایه برداری مکانیکی توانایی و قابلیت ساخت گرافین یک لایه تا چند لایه را دارد اما همانندی نمونه‌های بدست آمده بسیار پایین است، همچنین ساخت گرافین در ابعاد بزرگ یکی از چالش‌های پیش روی این روش است. برای تهیه گرافین تک لایه و چند لایه می‌توان از روش چسب نواری استفاده کرد اما تحقیقات گستردهٔ بیشتری برای توسعه این روش جهت استفاده در قطعه‌های الکترواپتیکی لازم است. روش‌های سنتز شیمیایی از روش‌های دمای پایین هستندکه این ویژگی موجب می‌شود ساخت گرافین بر روی انواع زیر لایه‌های با دمای محیط، به ویژه زیرلایه‌های پلیمری آسان‌تر شود، با این حال، همگنی و یکسانی گرافین تولید شده در ابعاد بزرگ، حاصل از این روش مطلوب نیست. از سوی دیگر ساخت گرافین از اکسیدهای گرافین کاهش یافته اغلب به علت نقص در فرایند کاهش موجب ناکاملی درخواص الکترونی گرافین می‌شود. برآرایی گرافین وگرافیت سازی گرمایی بر روی سطح کربید سیلسیوم از دیگر روش‌های تولید گرافین هستند اما دمای بالای این فرایندها و عدم توانایی انتقال بر روی سایر زیر لایه‌ها از محدودیت‌های این روش‌ها هستند.
{{-}}
 
== خواص ==
* '''ساختار اتمی'''
[[پرونده:Cnt gnrarm v3.gif|ساختار نواری انرژی گرافین در جهت گیری ''صندلی دسته دار''. محاسبات نشان می‌دهد که گرافین در این جهت گیری بسته به عرض لایه می‌تواند فلز و یا نیمه رسانا باشد ([[دست‌سانی]])|چپ|بندانگشتی|200px]]
* '''ترابرد الکترونی'''
نتایج تجربی از اندازه گیری‌هایاندازه‌گیری‌های ترابرد الکترونی نشان می‌دهند که گرافین دارای تحرک پذیری الکترونی بسیار بالایی در دمای اتاق می‌باشد، با مقادیر گزارش شده‌ای بالاتر از 15,000 cm<sup>۲</sup>V<sup>−۱</sup>s<sup>−۱</sup>. همچنین تقارن اندازه گیری‌هایاندازه‌گیری‌های تجربی رسانندگی نشان می‌دهد که تحرک پذیری برای الکترون‌ها و حفره‌ها باید یکسان باشد. در بازهٔ دمایی بین 10k تا 100k، تحرک پذیری تقریباً به دما وابسته نیست، که بیان کنندهٔ این امر است که مکانیزم غالب پراکندگی، پراکندگی ناقص است. پراکندگی به توسط فونون‌های آکوستیک گرافین موجب یک محدودیت ذاتی بر تحرک پذیری در دمای اتاق در حد 200,000 cm<sup>۲</sup>V<sup>−۱</sup>s<sup>−۱</sup> برای چگالی حامل ۱۰<sup>۱۲</sup> cm<sup>−۲</sup> می‌شود. مقاومت متناظر ورقه‌های گرافین در حد <sup>۶-</sup>10 Ω•cm خواهد بود. این مقاومت از مقاومت نقره، مادهٔ شناخته شده به عنوان دارندهٔ کمترین مقاومت در دمای اتاق، کمتر است. گرچند برای گرافین قرار گرفته بر روی زیر لایهٔ SiO<sub>۲</sub>، پراکندگی ناشی از فونون‌های اپتیکی زیر لایه در دمای اتاق اثر بزرگ تریبزرگ‌تری است از اثر پراکندگی ناشی از فونون‌های خود گرافین. این امر تحرک پذیری را به میزان 40,000 cm<sup>۲</sup> V<sup>−۱</sup>s<sup>−۱</sup> محدود می‌کند.
* '''خواص اپتیکی'''
خواص اپتیکی منحصر به فرد گرافین، موجب بروز یک شفافیت بالای غیر منتظرهغیرمنتظره برای یک تک لایهٔ اتمی با یک مقدار سادهٔ شگفت انگیزشگفت‌انگیز شده است، یک تک لایهٔ گرافین πα ≈ ۲٫۳%۲٫۳٪ از نور سفید فرودی بر روی خود را جذب می‌کند که در آن α ثابت ساختار ریز شبکه می‌باشد. این امر نتیجهٔ ساختار الکترونیکی کم انرژی غیر معمول گرافین تک لایه است که طرحی به ساختار نوار انرژی الکترونی ـ حفره‌ای گرافین می‌دهد تا آن‌ها در نقاط دیراک به هم برسند، که به طور کیفی از سایر نوارهای انرژی فشردهٔ مرتبهٔ دو معمول متفاوت است. بر مبنای مدل از ساختار نواری گرافین، فواصل بین اتمی، مقادیر پرش، و فرکانس به هنگام محاسبهٔ رسانندگی اپتیکی با استفاده از معادلات فرنل در حد لایه‌های نازک از بین می‌رود. این امر به صورت تجربی تأیید شده ولی هنوز مقادیر اندازه گیریاندازه‌گیری شده به اندازهٔ کافی برای محاسبهٔ ثابت ساختار ریز دقیق نبوده است.
می‌توان گاف نوار انرژی گرافین را از ۰ تا 0.25 eV (در حدود طول موج پنج میکرومتر) به وسیلهٔ اعمال ولتاژ در دمای اتاق به یک ترانزیستور اثر میدان دو دروازه‌ای ساخته شده از یک گرافین دو لایه‌ای، تنظیم نمود. همچنین نشان داده شده است که پاسخ اپتیکی نانو نوارهای گرافینی نیز در ناحیهٔ تراهرتز به وسیلهٔ اعمال یک میدان مغناطیسی قابل تنظیم است. علاوه بر این نشان داده شده است که سیستم‌های گرافین ـ گرافین اکسید از خود رفتار الکتروکرومیک بروز می‌دهند، که اجازه می‌دهند هم خواص اپتیکی خطی و هم خواص اپتیکی فوق سریع را تنظیم کرد.<ref>http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene</ref>
{{-}}
 
== بزرگترین گرافن ساخته شده ==
مشخص است که گرافن تنها به نانو مربوط نمی شود،نمی‌شود، همچنین نباید این دو واژه را طوری به کار برد که گویی مثابه هم می باشندمی‌باشند. تا کنون گرافن به صورت دو بعدی با طول 100۱۰۰ متر و عرض 23۲۳ سانتیمتر توسط شرکت sony ساخته شده است. همچنین ورق هایورق‌های گرافن بااندازه یبااندازهٔ کمتر از 20۲۰ نانومتر از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدارند، چون حداقل پایداری گرافن هنگامی است که تعداد اتم هااتم‌ها بیشتر از 6000۶۰۰۰ اتم باشد.باشد؛ و 24000۲۴۰۰۰ اتم لازم است تا فلورن پایدار شود. این مبحث در دینامیک مولکولی سیستم هاسیستم‌ها بسیار مهم است، چون نتایج گرفته شده در کمتر از 20۲۰ نانو متر می تواندمی‌تواند درست نباشد. <ref>http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20120828/236214</ref>
 
<ref>http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20120828/236214</ref>
== محدودیت هایمحدودیت‌های گرافن ==
ضخامت گرافن یک لایه اتم کربن است که دارای پتانسیل بالقوه ایبالقوه‌ای برای جایگزینی با سیلیکون می باشدمی‌باشد که پیشرفت جامعه یجامعهٔ آینده به آن مدیون خواهد بود. باوجود اینکه دارای مشخصات بالقوه ایبالقوه‌ای همچون قدرت و وزن سبک و انعطاف پذیریانعطاف‌پذیری و هدایت بالایی هستند اما محدودیت هایمحدودیت‌های این ماده به نوعی مانع استفاده آن هاآن‌ها در میکروپردازنده هامیکروپردازنده‌ها و وسایل الکترونیکی می باشدمی‌باشد.
اینکه گرافن چگونه در دستگاه هاییدستگاه‌هایی در جهان واقعی به کار رود و دوم اینکه ورق هایورق‌های گرافن ماهیت شکننده ایشکننده‌ای دارند که این ناشی از اتصالات ضعیف آنآن‌ها ها می باشدمی‌باشد. اگر هدایت حرارتی گرافن را به عنوان فاکتور مثبتی برای این ماده در نظر بگیریم، نباید از این نکته غافل شویم که هدایت حرارتی گرافن معلق بسیار بیشتر از گرافن بر روی بستر است، حال آنکه همین هدایت حرارتی باعث می شودمی‌شود که حرارت توزیع شده و یک نقطه ینقطهٔ داغ بوجود نیاید.نیاید؛ و افسوس اینکه گرافن در جهان واقعی باید بر روی یک بستر قرار بگیرد ونه اینکه آزادانه و معلق در خلاخلأ باشد. یعنی وقتی وسیله ایوسیله‌ای ساخته می شودمی‌شود حتماحتماً باید بر روی بستر قرار گیرد اما این منجر به کاهش شدید هدایت حرارتی گرافن می شودمی‌شود. همچنین هدایت حرارتی با رشد تعداد لایه هایلایه‌های گرافنی و رسیدن به 34۳۴ لایه افزایش می یابدمی‌یابد (که ضخامت بسیار کمی است) اما پس از اینکه به حالتی به نام توده یتودهٔ گرافیت می رسیم،می‌رسیم، هدایت حرارتی خوب نیست. تلاش هایتلاش‌های بسیاری صورت گرفته است تا راه هایراه‌های جدیدی کشف شود تا بتوان گرافن را در جهان ماکروسکوپیک به کار برد. اتصالات سه بعدی ساختار فوم گرافن و گرافیت فوق العادهفوق‌العاده نازک و یا استفاده از بورون نیترید هگزاگونال همه در این راستا کشف شدند. ژرمانن دیگر ماده یمادهٔ سه بعدی است که برای استفاده در الکترونیک یا وسایل تبدیل انرژی حرارتی می تواندمی‌تواند به کار رود.
به منظور درک فیزیک، نیاز به تئوری است یعنی اگر فقط آزمایش کنید شما روند را می بینیدمی‌بینید اما معنای نتایج را درک نمی کنید.نمی‌کنید؛ بنابراین تئوری و آزمایش دو جزء جدایی ناپذیرند.
گرافن همچنین دارای محدودیت هایمحدودیت‌های دیگری در جهان واقعی میمی‌باشد، باشد، می دانیممی‌دانیم پیوندهای بین اتم هایاتم‌های کربن قویقوی‌ترین ترین پیوند هاپیوندها در طبیعت می باشد،می‌باشد، پس ورق بدون نقصی از گرافن باید دارای این خاصیت باشد، اما در کاربردهای واقعی، گرافن این طور نیست. آزمایشی که بر روی تافنس شکست گرافن دارای نقص جزئی صورت گرفت مقدار استحکام آن به طور قابل ملاحظه ایملاحظه‌ای از استحکام گرافن ذاتی پایینپایین‌تر تر بود.بود؛ لذا درست است که استحکام گرافن ذاتی بسیار بالاست، اما وقتی گرافن دارای نقص باشد، دیگر پیوندهای بین اتم هایاتم‌های کربن، قویقوی‌ترین ترین نمی باشدنمی‌باشد. می دانیممی‌دانیم در ورق هایورق‌های بزرگتر، همیشه نقص هانقص‌ها افزایش می یابدمی‌یابد پس گرافن در جهان ماکرو استحکام بسیار پایینی خواهد داشت.داشت؛ لذا تولید ورق گرافن با استانداردهای دقیق و بدون نقص بسیار اهمیت دارد.
ساختارهای دوبعدی دیگری همچون گرافن (ساختار لانه زنبوری SP2 ) وجود دارد که از آن جمله می توانمی‌توان به 1۱- سیلیسین 2۲- بروفن 3۳- فسفورن 4۴- استنن 5۵- ژرمانن 6۶- گرافین (محتوی SP+SP2 هیبریدیزه شده) اشاره کرد. اما این ساختار هایساختارهای دو بعدی همه به جز گرافین ناپایدارند یا پتنت ثبت شده برای آن هاآن‌ها بسیار کم است طوری که اعتمادی به این ساختارها وجود ندارد. <ref>http://www.hpcwire.com/2014/05/05/graphene-faces-real-world-limitations/</ref>
با توجه به اینکه از اولین ترانزیستورهای با گیت بالا چیزی نگذشته است. با توجه به این زمان کوتاه و اینکه همه یهمهٔ جانشینان احتمالی با جریان اصلی در ترانزیستورهای معمولی با مشکلات جدی روبه رو هستند، لذا می شودمی‌شود به توسعه یتوسعهٔ سریع گرافن کمک کرد. مفاهیم جدیدی که در این سال هاسال‌ها بررسی شده، همچون ترانزیستورهای اسپینی یا وسایل مولکولی، به نظر می رسدمی‌رسد که به دور از واقعیت نسبت به گرافن باشد و معلوم نیست که به مرحله یمرحلهٔ تولید برسند. در حال حاضر جایگزین ترانزیستورهای معمولی (سیلیکونی) غیرممکن است. با این حال تحقیقات ITRS به شدت به مطالعهمطالعهٔ ی گسترده یگستردهٔ در زمینه یزمینهٔ گرافن توصیه می کندمی‌کند و حتی برنامه یبرنامهٔ تحقیق و توسعه برای نانوالکترونیک بر پایه یپایهٔ کربن شکل گرفته است.است؛ لذا راه برای اینکه گرافن به عنوان جایگزین قرار گیرد باز است. امابرای هیجان زده شدن در این مورد زمان زیادی لازم است. <ref>http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n7/abs/nnano.2010.89.html/</ref>
<ref>http://www.hpcwire.com/2014/05/05/graphene-faces-real-world-limitations/</ref>
 
با توجه به اینکه از اولین ترانزیستورهای با گیت بالا چیزی نگذشته است. با توجه به این زمان کوتاه و اینکه همه ی جانشینان احتمالی با جریان اصلی در ترانزیستورهای معمولی با مشکلات جدی روبه رو هستند، لذا می شود به توسعه ی سریع گرافن کمک کرد. مفاهیم جدیدی که در این سال ها بررسی شده، همچون ترانزیستورهای اسپینی یا وسایل مولکولی، به نظر می رسد که به دور از واقعیت نسبت به گرافن باشد و معلوم نیست که به مرحله ی تولید برسند. در حال حاضر جایگزین ترانزیستورهای معمولی (سیلیکونی)غیرممکن است. با این حال تحقیقات ITRS به شدت به مطالعه ی گسترده ی در زمینه ی گرافن توصیه می کند و حتی برنامه ی تحقیق و توسعه برای نانوالکترونیک بر پایه ی کربن شکل گرفته است. لذا راه برای اینکه گرافن به عنوان جایگزین قرار گیرد باز است.امابرای هیجان زده شدن در این مورد زمان زیادی لازم است.
<ref>http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n7/abs/nnano.2010.89.html/</ref>
== منابع ==
{{پانویس|۲}}
 
[[رده:گرافین]]
[[رده:ترکیب‌های آروماتیک]]
[[رده:دگرشکل‌های کربن]]
[[رده:علم مواد]]