Graphen – Wikipedia Tiếng Việt

Đừng nhầm lẫn với Grapheme.

Graphen hay graphene là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử carbon với liên kết sp2 tạo thành dàn tinh thể hình tổ ong. Tên gọi của nó được ghép từ "graphit" (than chì) và hậu tố "-en" (tiếng Anh là "-ene"); trong đó chính than chì là do nhiều tấm graphen ghép lại, chiều dài liên kết cacbon-cacbon là 0,142 nm.

Chiều dài liên kết C-C trong graphen khoảng 0,142 nm. Graphen là phần tử cấu trúc cơ bản của một số thù hình bao gồm than chì, ống nano carbon và fulleren. Cũng có thể xét một phân tử thơm lớn vô hạn, mà trong trường hợp giới hạn của họ các hydrocarbon đa vòng phẳng gọi là graphen. Hai nhà khoa học Andrei Geim và Konstantin Sergeevich Novoselov khám phá ra graphen đã được trao Giải Nobel Vật lý năm 2010.[1]

Tính chất

[sửa | sửa mã nguồn]

Graphene có khả năng lấp đầy những lỗ hổng electron của nó bằng các electron khác gần như ngay lập tức, có nghĩa là nó đã chuyển một lượng lớn điện tích trong một khoảng thời gian ngắn.[cần dẫn nguồn]

Sức khỏe và sự an toàn

[sửa | sửa mã nguồn]

Độc tính của graphene đã được tranh luận rộng rãi. Một đánh giá về độc tính của graphene đã tóm tắt các hiệu ứng in vitro, in vivo, kháng khuẩn với môi trường và nêu bật các cơ chế khác nhau của độc tính graphene.[2] Nanotubes của graphene có thể tái tạo các tác động của bệnh bụi phổi amiăng.[3][4] Độc tính của graphene phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, độ tinh khiết, các bước xử lý sau sản xuất, tình trạng oxy hóa, các nhóm chức năng, tình trạng phân tán, phương pháp tổng hợp, tuyến đường, liều điều hành, và thời gian tiếp xúc.

Các dải nano graphene, các hạt nano graphene và hành tây nano graphene không độc hại ở nồng độ lên tới 50g / ml. Các hạt nano này không làm thay đổi sự biệt hóa của tế bào gốc tủy xương của con người đối với các nguyên bào xương (xương) hoặc tế bào mỡ (chất béo) cho thấy rằng ở các hạt nano graphene liều thấp là an toàn cho các ứng dụng y sinh.[5] 10 mảnh graphene vài lớp có thể xuyên thủng màng tế bào trong dung dịch. Chúng được quan sát để xâm nhập ban đầu thông qua các điểm sắc nhọn và lởm chởm, cho phép graphene đi vào tế bào. Các tác động sinh lý của điều này vẫn chưa chắc chắn, và đây vẫn là một lĩnh vực tương đối chưa được khám phá.[6][7]

Định nghĩa

[sửa | sửa mã nguồn]

Một cách giải thích đơn giản về vật chất này được cung cấp trong bài tóm lược của Geim và Novoselov năm 2007:

Graphen là tấm riêng của các nguyên tử carbon được bó thành mạng hình tổ ong hai chiều (2D), và là khối căn bản cho các vật chất kiểu than chì bất chấp số chiều. Nó có thể được bọc lại thành những fulleren 0D, cuộn lại thành ống nano carbon 1D hoặc xếp thành than chì 3D.[8]

Sự khám phá

[sửa | sửa mã nguồn]

Nói đơn giản, graphen là một tấm phẳng than chì tách ra ở cỡ nguyên tử. Do vậy, theo cách hiểu này, graphen được biết đến từ khi tinh thể học tia X được sáng chế. Các tấm phẳng graphen chia ra hơn trong các hợp chất than chì được chèn lớp (intercalated graphite). Năm 2004, các nhà vật lý học tại Đại học Manchester và Học viện Công nghệ Vi điện tử tại Chernogolovka (Nga) khám phá cách để tách ra mỗi tấm phẳng graphen dùng băng dính văn phòng. Họ cũng đo các tính chất điện tử của những tấm tách ra và bày tỏ những tính chất hay của nó.[9] Năm 2005, cùng nhóm Manchester cùng với những nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia bày tỏ rằng các tựa hạt (quasiparticle) trong graphen là fermion Dirac không có khối lượng. Những khám phá này dẫn đến sự bùng nổ quan tâm về graphen.

Sau đó, hàng trăm nhà nghiên cứu đã vào phạm vi này và, đương nhiên, tìm kiếm kỹ càng những bài viết liên quan được xuất bản về trước. Bài đầu tiên tóm lược tài liệu về graphene được viết bởi các nhà nghiên cứu tiên phong tại Manchester.[8] Họ dẫn nguồn vài bài cho biết rằng graphen hoặc những tấm than chì rất mỏng được nuôi cấy dùng quá trình epitaxy trên nhiều chất nền. Ngoài ra, họ chỉ đến nhiều bài trước năm 2004 về cuộc nghiên cứu về hợp chất than chì được chèn lớp dùng kính hiển vi điện tử truyền qua. Trong trường hợp thứ hai, các nhà nghiên cứu đôi khi nhận ra những tấm than chì rất mỏng – "vài-tấm-graphen" (few-layer graphene) và có thể ngay cả những tấm riêng. Mãi đến 1962 đã có một cuộc nghiên cứu chi tiết về vài-tấm-graphen.[10] Những hình ảnh TEM đầu tiên của vài-lớp-graphen được xuất bản bởi G. Ruess và F. Vogt năm 1948.[11] Tuy nhiên, D.C. Brodie đã biết đến cấu trúc rất phân lớp của than ocide được khử nhiệt (thermally reduced graphite oxide) vào năm 1859. Nó được V. Kohlschütter và P. Haenni nghiên cứu chi tiết năm 1918, họ cũng miêu tả các thuộc tính của giấy graphen ocide.[12]

Sự sản xuất

[sửa | sửa mã nguồn]

Chúng ta mới biết rằng những mảng tí xíu có tấm graphen được vỡ ra (cùng với những hợp chất khác) khi nào than chì được trầy, chẳng hạn khi vẽ đường bằng bút chì.[13] Ít người quan tâm đến chất bụi này trước 2004–2005. Vì vậy Andre Geim và các đồng sự, những người giới thiệu graphen trong dạng hiện đại, thường được ghi công về sự khám phá graphen,[14] nhưng có thể cho rằng ghi công vậy tương tự với ghi công Christopher Columbus là người "khám phá" châu Mỹ.

Vào năm 2008, graphen được sản xuất bằng quá trình tróc đá là một trong những nguyên liệu đắt nhất trên thế giới; một mảnh nhỏ đến nỗi có thể đứng trên đầu sợi tóc con người bằng giá hơn 1.000 đô la Mỹ (USD) vào tháng 4 năm 2008 (vào khoảng 100 triệu USD/cm²).[13] Sau đó, quá trình tróc đó được tăng cường, và ngày nay có công ty bán graphen từng tấn một.[15] Ngược lại, phần lớn giá graphen được sản xuất bằng epitaxy trên silic carbide là giá chất nền, nó vào khoảng 100 USD/cm² vào 2009. Graphen đã được các nhà nghiên cứu Hàn Quốc sản xuất rẻ hơn bằng cách chuyển từ niken;[16] những cỡ bánh có đường kính tới 30 inch (760 mm) đã được sản xuất.[17]

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]

1. ^ Nobel Foundation announcement
2. ^ D'Agati, Michael; Mahmud Khan, Amit; Sitharaman, Balaji (2016). “Toxicology of graphene-based nanomaterials”. Advanced Drug Delivery Reviews. 105 (Pt B): 109–144. doi:10.1016/j.addr.2016.04.028. PMC 5039077. PMID 27154267. Đã định rõ hơn một tham số trong author-name-list parameters (trợ giúp); |first1= thiếu |last1= (trợ giúp) Full Text PDF.
3. ^ Port, Jennifer; Murphy, Daniel J. (2017). “Mesothelioma: identical routes to malignancy from asbestos and carbon nanotubes” (PDF). Current Biology. 27 (21): R1156–R1176. doi:10.1016/j.cub.2017.07.026.
4. ^ Chernova, Tatyana; Murphy, Fiona A.; Galavotti, Sara; Sun, Xiao-Ming; Powley, Ian R.; Grosso, Stefan; Schinwald, Anja; Zacarias-Cabeza, Joaquin; Dudek, Kate M.; Dinsdale, David; al., et (2017). “Long-fiber carbon nanotubes replicate asbestos-induced mesothelioma with disruption of the tumor suppressor gene Cdkn2a (Ink4a/Arf)” (PDF). Current Biology. 27 (21): 3302–3314. doi:10.1016/j.cub.2017.09.007.
5. ^ Talukdar, Y; Rashkow, J. T.; Lalwani, G; Kanakia, S; Sitharaman, B (2014). “The effects of graphene nanostructures on mesenchymal stem cells”. Biomaterials. 35 (18): 4863–77. doi:10.1016/j.biomaterials.2014.02.054. PMC 3995421. PMID 24674462. Full Text PDF
6. ^ “Jagged graphene edges can slice and dice cell membranes – News from Brown”. brown.edu.
7. ^ Li, Y.; Yuan, H.; von Dem Bussche, A.; Creighton, M.; Hurt, R. H.; Kane, A. B.; Gao, H. (2013). “Graphene microsheets enter cells through spontaneous membrane penetration at edge asperities and corner sites”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (30): 12295–12300. Bibcode:2013PNAS..11012295L. doi:10.1073/pnas.1222276110. PMC 3725082. PMID 23840061.
8. ^ a b Andre Geim (2007). “The rise of graphene” (PDF). Nature Materials (bằng tiếng Anh). 6 (3): 183–191. doi:10.1038/nmat1849. PMID 17330084. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 15 tháng 11 năm 2010. Truy cập ngày 5 tháng 10 năm 2010. Đã định rõ hơn một tham số trong author-name-list parameters (trợ giúp)
9. ^ Konstantin Sergeevich Novoselov (2004). “Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films” (PDF). Science (bằng tiếng Anh). 306 (5696): 666. doi:10.1126/science.1102896. PMID 15499015. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 13 tháng 10 năm 2006. Truy cập ngày 5 tháng 10 năm 2010. Đã định rõ hơn một tham số trong author-name-list parameters (trợ giúp)
10. ^ H.P. Boehm (1962). “Surface Properties of Extremely Thin Graphite Lamellae”. Proceedings of the Fifth Conference on Carbon (bằng tiếng Anh). Nhà xuất bản Pergamon. Đã định rõ hơn một tham số trong author-name-list parameters (trợ giúp) Lưu ý: Bài này nói đến những tấm tham chì có độ tương phản bổ sung tương đương (additional contrast equivalent) xuống vào khoảng ~4A hoặc 3 lớp nguyên tử cácbon không kết tính. Đây là độ phân giải lớn nhất cho TEM thời 1960 nhưng không thể biết (lúc đó hoặc ngày nay) có bao nhiêu lớp trong những tấm đó. Bây giờ chúng ta biết rằng độ tương phản TEM của graphen chủ yếu tùy theo trường hợp canh nét (focusing conditions) [Meyer et al, Nature 446, 60 (2007)]. Chẳng hạn không thể phân biệt graphen một lớp hay đa lớp trong thể vẩn theo độ tương phản TEM của nó; chỉ có cách phân tích cường độ tương đối của nhiều điểm nhiễu xạ. Lần đầu tiên quan sát tấm một lớp dùng TEM một cách chắc chắn có lẽ là những chú thích 24 và 26 của Geim và Novoselov, Nature Materials 6, 183 (2007).
11. ^ G. Ruess (1948). F. Vogt. “Höchstlamellarer Kohlenstoff aus Graphitoxyhydroxyd”. Monatshefte für Chemie (bằng tiếng Đức). 78 (3–4): 222–242. doi:10.1007/BF01141527.
12. ^ V. Kohlschütter (1918). P. Haenni. “Zur Kenntnis des Graphitischen Kohlenstoffs und der Graphitsäure”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (bằng tiếng Đức). Wiley-VCH. 105 (1): 121–144. doi:10.1002/zaac.19191050109.
13. ^ a b “Carbon Wonderland”. Scientific American (bằng tiếng Anh). Nature Publishing Group. 2008. Truy cập ngày 5 tháng 5 năm 2009. ... bits of graphene auywwre undoubtedly present in every pencil mark
14. ^ ngày 22 tháng 10 năm 2004: Discovery of Graphene
15. ^ Segal, Michael (ngày 1 tháng 10 năm 2009). “Selling graphene by the ton”. Nature Nanotechnology (bằng tiếng Anh). Nature Publishing Group. 4: 612–614. doi:10.1038/nnano.2009.279. Đã định rõ hơn một tham số trong |author= và |last= (trợ giúp)
16. ^ Patel, Prachi (ngày 15 tháng 1 năm 2009). “Bigger, Stretchier Graphene”. Technology Review (bằng tiếng Anh). Học viện Công nghệ Massachusetts. Đã định rõ hơn một tham số trong |author= và |last= (trợ giúp)
17. ^ Bae Sukang (2010). Kim Hyeongkeun; Lee Youngbin; Xu Xiangfan; Park Jae-Sung; Zheng Yi; Jayakumar Balakrishnan; Lei Tian; Kim Hye Ri; Song Young Il; Kim Young-Jin; Kwang S. Kim; Barbaros Özyilmaz; Ahn Jong-Hyun; Hong Byung Hee; Iijima Sumio. “Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes”. Nature Nanotechnology (bằng tiếng Anh). Nature Publishing Group. 5 (8): 574–578. doi:10.1038/nnano.2010.132. PMID 20562870.

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn]

• BBC News report
• BBC News report, latest 18-APR-2008
• Electrons lose their mass in carbon sheets Lưu trữ 2010-01-13 tại Wayback Machine Physics Web (09-Nov-2005)
• Potential for graphene computer chips, with explanation of technical issues/problems
• Quantum weirdness on the end of your pencil Philip Ball, New Scientist Magazine issue 2559, (ngày 8 tháng 7 năm 2006)
• Talks at the Electronic Properties of Graphene conference (January 8–19, 2007)
• “Experiment finds graphene's missing pi”. physicsworld.com. ngày 14 tháng 9 năm 2007. Bản gốc lưu trữ ngày 13 tháng 10 năm 2010. Truy cập ngày 15 tháng 8 năm 2009.
• Carbon nanosheets promise super-fast chips Lưu trữ 2008-03-15 tại Wayback Machine Graphene has the highest electronic quality among all known materials, New Scientist, ngày 8 tháng 1 năm 2008
• Most of graphene papers published by Andre Geim's group are downloadable here Lưu trữ 2008-04-30 tại Wayback Machine
• Researchers leap a nano hurdle - ABC Online (Australia) Development of a simpler method of graphene production.
• Is Graphene the New Silicon? National Science Foundation, ngày 27 tháng 3 năm 2008
• “Band structure of graphene” (PDF). Truy cập ngày 15 tháng 8 năm 2009.
• Graphene Update: Great collection of papers and reviews on graphene Lưu trữ 2010-11-25 tại Wayback Machine
• Katherine Bourzac (ngày 17 tháng 7 năm 2008). “Strongest Material Ever Tested: Graphene, praised for its electrical properties, has been proven the strongest known material”. Technology Review magazine.
• Antonio H. Castro Neto (ngày 12 tháng 5 năm 2009). “Pauling's dreams for graphene”.
• N M R Peres and R M Ribeiro (2009). “Focus on Graphene”. New Journal of Physics. 11: 095002. doi:10.1088/1367-2630/11/9/095002.
• “The rise of graphene in ultra-fast photonics”. ngày 9 tháng 1 năm 2010.
• Online short course: Colloquium on Graphene Physics and Devices

Tiêu đề chuẩn	BNF: cb15672810b (data) GND: 7591667-8 LCCN: sh2008005807 NDL: 001130423 NKC: ph820616

x t s Thù hình của cacbon
dạng sp3	Kim cương (lập phương)* Lonsdaleit (kim cương lục giác)
dạng sp2	Graphit * Graphen * Fullerene (Buckminsterfullerene, C70, Higher fullerenes, Lower fullerenes, Fullerene whiskers, Ống nano, Nanobuds, Nanoscrolls) * Glassy carbon
dạng sp	Linear acetylenic carbon
dạng hỗn hợp sp3/sp2	Amorphous carbon Carbon nanofoam Carbide-derived carbon Q-cacbon
các dạng khác	C1 * C2* C3
Dạng giả thiết	C3 C6 C8 Chaoit Haeckelites Cacbon lập phương Cacbon kim loại Penta-graphene
liên quan	Than hoạt tính Carbon black Than củi Sợi carbon Aggregated diamond nanorod

x t s Các công nghệ mới nổi
Công nghệ
Các lĩnh vực	Nông nghiệp Robot nông nghiệp Hệ sinh thái khép kín Thịt trong ống nghiệm Thực phẩm biến đổi gen Nông nghiệp công nghệ cao Mô hình canh tác theo chiều dọc Kiến trúc Kiến trúc nhân tạo In xây dựng (Contour crafting) Thành phố vòm Cầu thôi miên Kiến trúc vô hình Tháp ủ Y sinh học Tử cung nhân tạo Não nhân tạo Ampakine (Thuốc) Cấy ghép cơ thể Cấy ghép đầu Cấy ghép não Bảo quản nhiệt độ thấp Chất bảo quản lạnh Thủy tinh hóa Phục hồi sinh vật Bảo quản lạnh Mã bộ gen hoàn chỉnh Biến đổi gen Liệu pháp gen Não trong ống nghiệm Sự sống bất tử Những phương pháp loại bỏ sự lão hóa Y học nano Công nghệ nano Y học cá nhân hóa Y học tái sinh Liệu pháp tế bào gốc Công nghệ mô Robot phẫu thuật Suspended animation Sinh học tổng hợp Công nghệ chết lâm sàng Robot Virus sinh học Virus Oncolytic Máy quyét y tế Hiển thị Công nghệ hiển thị FED FLD iMoD Laser LPD OLED OLET QD-LED SED TPD TDEL TMOS Màn hình hiển thị Kính áp tròng thực tế ảo Công nghệ hiển thị nổi trong màn hình Công nghệ hiển thị nổi trên màn hình Công nghệ hiển thị trong không trung Màn hình hiển thị ba chiều trong không trung Công nghệ hiển thị gắn trên đầu Màn hình võng mạc ảo Khác Tự động hiển thị hình ảnh nổi Màn hình dẻo Màn hình hiển thị ba chiều Màn hình đa màu Truyền hình độ nét cực cao Màn hình thể tích Thực tế ảo Tương tác thực tế ảo Điện tử Cảm biến điện tử Dệt may điện tử Thiết bị điện tử đa năng Điện phân tử Hệ thống cơ điện tử nano Bộ nhớ điện trở Chuyển động quay của điện tử Điện tử tạm thời Năng lượng Sản xuất Turbine gió Quang hợp nhân tạo Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu carbon Điện mặt trời Điện nhiệt hạch Tế bào nhiên liệu nhà Nền kinh tế hydro Nền kinh tế Methanol Lò phản ứng muối nóng chảy Đường cao tốc thông minh Năng lượng mặt trời dựa trên không gian Động cơ xoáy Lưu trữ Beltway battery Carbon neutral fuel Lưu trữ năng lượng không khí Lưu trữ năng lượng bánh đà Lưu trữ năng lượng lưới Lưu trữ năng lượng nhiệt Pin kim loại-không khí Pin muối nóng chảy Dây pin nano Research in lithium-ion batteries Pin silicon-không khí Siêu tụ điện hai lớp Khác Mạng lưới điện thông minh Năng lượng không dây Sóng kéo Năng lượng siêu âm CNTT vàtruyền thông Ambient intelligence Internet Vạn Vật Trí tuệ nhân tạo Các ứng dụng của trí tuệ nhân tạo Tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo Máy dịch Máy tầm nhìn Semantic Web Nhận dạng giọng nói Máy tính quang học Máy tính lượng tử Mật mã lượng tử Điện tử học Mạng dữ liệu NDN Điện thoại 3D Dự án Avatar Công nghệ truyền thông di động 4G 5G 6G Chế tạo In 3D In 4D Robot nano 3D Lắp ráp phân tử Robot nano phân tử đa năng Robot biến hình Máy in quần áo Vật liệu Vật liệu Aerogel Kim loại vô định hình Cơ nhân tạo Polyme dẫn điện Công nghệ femto Phân tử Fullerene Vật liệu Graphene Siêu dẫn nhiệt độ cao Siêu lỏng Siêu vật liệu Siêu vật liệu tàng hình Vật liệu đa chức năng Công nghệ nano Ống nano carbon Công nghệ nano phân tử Vật liệu nano Công nghệ pico Vấn đề lập trình Silicene Hợp kim hiệu suất cao Kim cương tổng hợp Quân sự Vũ khí phản vật chất Đạn hạt nhân Vũ khí năng lượng định hướng Vũ khí Laser Vũ khí Maser Vũ khí hạt chùm Vũ khí siêu âm Súng trường Súng điện từ Railgun Vũ khí Plasma Vũ khí nhiệt hạch tinh khiết Công nghệ tàng hình Súng vòng xoáy Máy bay siêu thanh Pháo laser Pháo điện từ Lượng tử Cơ học lượng tử Máy tính lượng tử Mật mã lượng tử Đường hầm lượng tử Chấm lượng tử Mô phỏng lượng tử Đo lường lượng tử Cảm biến lượng tử Hình ảnh lượng tử Điện toán lượng tử Internet lượng tử Vật liệu lượng tử Khoa học thần kinh Bộ não nhân tạo Dự án Blue Brain Giao diện não-máy tính Điện não Sao chép tinh thần Thần kinh nhân tạo Mắt điện tử Cấy ghép não Vỏ não thông minh Cấy ghép võng mạc Tự động hóa Nhà thông minh Robot nano Áo giáp sức mạnh Xe không người lái Khoa học vũ trụ Du hành không gian Tên lửa nhiệt hạch Hệ thống khởi động tái sử dụng Thang máy vũ trụ Skyhook Tàu vũ trụ đẩy Động cơ ion Laser đẩy Động cơ đẩy Plasma Dự án Orion (động cơ đẩy hạt nhân) Động cơ đẩy xung hạt nhân Buồm năng lượng mặt trời Dịch chuyển cong không gian Khác Du hành không gian Kho nhiên liệu đẩy Giao thông vận tải Hàng không Adaptive Compliant Wing Công ty Aeros Máy bay trực thăng ba lô Giao hàng không người lái Xe bay Tự động hóa trong không gian Ba lô tên lửa Động cơ phản lực Tàu con thoi Vận tải siêu âm Đường bộ Lốp nén không khí Tweel Xe nhiên liệu thay thế Xe hydro Xe lái tự động Ground effect train Tàu đệm từ Giao thông công cộng Đường sắt cao tốc Liên minh toàn cầu ET3 Tàu siêu tốc Hyperloop Hệ thống thông tin liên lạc xe cộ Đường ống Ống khí nén Automated vacuum collection Đường ống ngầm Khác Trọng lực không hấp dẫn Áo tàng hình Công nghệ khứu giác Trường lực Cửa sổ plasma Hiệu ứng từ nhiệt Trò chơi điện tử ứng dụng hóa Công nghệ khí hậu Công nghệ không dây Điều khiển vật thể bằng suy nghĩ Trường sinh bất tử
Các chủ đề	Collingridge dilemma Phát triển công nghệ khác biệt Thuật ngữ Ephemeralization Kỹ thuật thăm dò Công nghệ hư cấu Nguyên tắc Proactionary Thay đổi công nghệ Thất nghiệp công nghệ Hội tụ công nghệ Tiến hóa công nghệ Mô hình công nghệ Dự báo công nghệ Thúc đẩy sự thay đổi Định luật Moore Điểm kỳ dị công nghệ Công nghệ trinh sát Mức độ sẵn sàng công nghệ Lộ trình công nghệ Triết học siêu nhân học
Thể loại Danh sách Hình ảnh