Nagroda Nobla z fizyki w roku
2010

Anna Ciechańska

Prof. Andre
Geim

Ur. 24.10.1958
1976 -1982 – Moskiewski Instytut Fizyczno – Techniczny;
kierunek: ogólna fizyka stosowana
1987 – AN ZSRR; doktor nauk matematyczno – fizycznych
w Instytucie Fizyki Ciała Stałego
2001 – Profesor fizyki na Uniwersytecie w Menchester
2010 – Nagroda Nobla

Dr Konstantin Novoselov

23.08.1974
1991 – 1997 – Studia na kierunku mikroelektronika, wydział
elektroniki fizycznej i kwantowej, Moskiewski Instytut
Fizyczno – Techniczny
1997 – 1999 – doktorant w Rosyjskiej AN
1999 – wyjazd do Holandii, asystent prof. Geima na
Uniwersytecie w Nijmegen
2001 – wyjazd do Manchesteru
2004 – obrona pracy doktorskiej
2010 – Nagroda Nobla

Odmiany alotropowe węgla

C

Grafit

Diament

Fulereny

Grafen

Inne odmiany alotropowe

węgla

C

Nanocebulka

Nanorurka

Nanopianka

Karbin

Grafen (ang. graphene)

1947 – teoria grafenu; Philip R. Wallace

1962 – nazwa grafen jako opis pojedynczej warstwy budującej
grafit (GRAPHITE + -ENE), Hanns-Peter Boehm

1987 – termin grafen użyty w stosunku do nanorurek i
policyklicznych aromatycznych węglowodorów

2004 rok – odkrycie grafenu

2010 – Nagroda Nobla

Czym jast grafen?

0,335 nm

 sp2

 wielopierścieniowy węglowodór aromatyczny

 pojedyncza warstwa atomów - 2-D

 plaster miodu

 nietrwały w stanie wolnym; skręcanie

 najdroższy materiał na świecie

0,142 nm

0,1

42

nm

Sposoby

otrzymywania

1. Metoda „wyciągania” (ang. Drawing Method)

 metoda mechanicznego odłupywania grafenu

Taśma z

przyczepionymi

przezroczystymi

płatkami

Rozłupywanie

kryształów grafitu

na coraz mniejsze

kawałki za

pomocą taśmy

przylepnej

Rozpuszczani

e płatków w

acetonie

Osadzanie

monowarstw

na płytce

krzemowej

2. Cienkowarstwowy wzrost na węgliku krzemu

Podgrzanie SiC

do wysokich

temperatur
(> 1100 °C)

Redukcja do

grafenu

 ilość grafenu zależna od ilości SiC

 wpływ na grubość, gęstość nośników ładunku i ich
ruchliwość (koniec krzemowy, koniec węglowy)

 określenie wielu właściwości grafenu

3. Cienkowarstwowy wzrost na substracie
metalicznym

Ruten

– rzadko warstwy o jednorodnej grubości; wpływ

wiązań pomiędzy dolną warstwą grafenu, a substratem.

Iryd

– słabe wiązania C-C, cienka warstwa, wysokie

uporządkowanie, powierzchnia w małym stopniu
pofałdowana

Nikiel

– synteza wysokiej jakości warstw o pow. 1 cm2,

Miedź

– wzrost zatrzymuje się po utworzeniu pojedynczej

warstwy, synteza filmów dowolnej wielkości

4. Redukcja za pomocą hydrazyny

Termiczny

rozkład

etanolanu

Termiczny

rozkład

etanolanu

Redukcja

etanolu za

pomocą

metalicznego

sodu

Redukcja

etanolu za

pomocą

metalicznego

sodu

Rozpuszczenie

„kartki tlenku

grafenu” w

hydrazynie

Redukcja do

pojedynczej

warstwy

grafenu

5. Rozkład termiczny etoksylanu (etanolanu) sodu

Przemycie

wodą w celu
pozbycia się

soli sodowych

Przemycie

wodą w celu
pozbycia się

soli sodowych

Otrzymanie grafenu o masie nawet powyżej 1 g.

Właściwości

1.Przewodnictwo elektryczne

 duża ruchliwość elektronów

 bardzo mała oporność

 półprzewodnik (elektrony, dziury)

 zmiana właściwości elektrycznych po połączeniu z innymi
pierwiastkami

 w połączeniu z wodorem (grafan) świetny izolator

2. Właściwości optyczne

 przezroczystość (abs.2,3%)

3. Przewodnictwo cieplne

 świetny przewodnik ciepła

4.Właściwości mechaniczne

 najtrwalszy materiał testowany kiedykolwiek

 200 razy twardszy niż stal

 elastyczny – rozciąganie o 20% bez uszkodzenia

5. Tlenek grafenu – właściwości bakteriobójcze

Zastosowanie – materiał

przyszłości

Budowa cienkich i

lekkich elementów

samolotów, statków

kosmicznych

Budowa cienkich i

lekkich elementów

samolotów, statków

kosmicznych

Budowa

ultrakondensatorów

(przynajmniej

dwukrotnie większa

pojemnośćod obecnie

stosowanych)

Budowa

ultrakondensatorów

(przynajmniej

dwukrotnie większa

pojemnośćod obecnie

stosowanych)

Przechowywanie

wodoru używanego do

silników wodorowych

Przechowywanie

wodoru używanego do

silników wodorowych

Produkcja

superwytrzymałych

elastycznych

kamizelek

kuloodpornych

Produkcja

superwytrzymałych

elastycznych

kamizelek

kuloodpornych

Budowa małych,

elastycznych,

wytrzymałych układów

scalonych (eliminacja

krzemu)

Budowa małych,

elastycznych,

wytrzymałych układów

scalonych (eliminacja

krzemu)

Grafen + wodór =

grafan

Doskonały izolator

Grafen + wodór =

grafan

Doskonały izolator

Badanie pochłaniania

światła przez grafen

jest najprostszą

metodą wyznaczania

wartości stałej

struktury subtelnej

Badanie pochłaniania

światła przez grafen

jest najprostszą

metodą wyznaczania

wartości stałej

struktury subtelnej

Badania laboratoryjne

nad właściwościami

skrajnie astrofizycznych

stanów materii

Badania laboratoryjne

nad właściwościami

skrajnie astrofizycznych

stanów materii

Budowa tranzystorów

2008 – otrzymano

tranzystor zbud. z 10

atomów

Budowa tranzystorów

2008 – otrzymano

tranzystor zbud. z 10

atomów

Zastosowanie cd.

Detektory do

wykrywania nawet

pojedynczych cząsteczek

gazu

Detektory do

wykrywania nawet

pojedynczych cząsteczek

gazu

Produkcja nanowstęg o

określonych

właściwościach

Produkcja nanowstęg o

określonych

właściwościach

Budowa elektrod

wykorzystywanych w

ekranach

ciekłokrystalicznych i

dotykowych

Budowa elektrod

wykorzystywanych w

ekranach

ciekłokrystalicznych i

dotykowych

Zastosowanie cd.

Wyrób kosmetyków do

higieny

Wyrób kosmetyków do

higieny

Synteza opakowań do

przechowywania

żywności

Synteza opakowań do

przechowywania

żywności

Diagnostyka chorób, np.

wykrywanie mikrobów

Diagnostyka chorób, np.

wykrywanie mikrobów

Bezpośrednie

sekwencjonowanie DNA

Bezpośrednie

sekwencjonowanie DNA

Dziękuję za uwagę