Курсовая: Графен. Физические и химические свойства - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Графен. Физические и химические свойства

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 436 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Содержание ВВ ЕДЕНИЕ 3 1 ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ 4 2 СВОЙСТВА ГРАФЕНА 8 2.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 8 2.2 ПРОВОДИМОСТЬ 10 2.3 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРАФЕНА 12 2.4 КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА 14 2.5 ХИМИЧЕСКОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ГРАФЕНА 16 2.5.1 ГИДРИРОВАНИЕ ГРАФЕНА 17 2.5.2 ФТОРИРОФАНИЕ ГРАФЕНА 18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20 ВВЕДЕН ИЕ Наноструктуры можно собирать не только из отдельных атомов или одиночн ых молекул, но молекулярных блоков. Такими блоками или элементами для со здания наноструктур являются графен, углеродные нанотрубки и фуллерен ы. Графен – это одиночный плоский лист, состоящий из атомов углерода, свя занных между собой и образующих решётку, каждая ячейка которой напомина ет пчелиную соту. Расстояние между ближайшими атомами углерода в графен е составляет около 0,14 нм. Кристаллическая решётка графена представляет с обой плоскость, состоящую из шестиугольных ячеек, то есть является двуме рной гексагональной кристаллической решёткой. Для такой решётки извес тно, что её обратная решётка тоже будет гексагональной. В элементарной я чейке кристалла находятся два атома. Каждый из этих атомов при сдвиге на вектора трансляций (любой вектор вида , где m и n — любые целые числа) образу ет подрешётку из эквивалентных ему атомов, то есть свойства кристалла не зависимы от точек наблюдения, расположенных в эквивалентных узлах крис талла. Графен очень прочен и гибок. Он уникален тем, что способен проявлять свой ства как проводника, так и полупроводника. Высокая подвижность носителе й заряда (максимальная подвижность электронов среди всех известных мат ериалов) делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах. Кроме того, это с войство делает его очень привлекательными для использования в качеств е прозрачных электродов солнечных батарей или сенсорных дисплеев. При э том, графен обладает высокой прочностью, он прозрачен в силу своей чрезв ычайно малой толщины. 1 ИСТ ОРИЯ ОТКРЫТИЯ Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя ато мов углерода, собранных в гексагональную решётку. Его теоретическое исс ледование началось задолго до получения реальных образцов материала, п оскольку из графена можно собрать трёхмерный кристалл графита. Графен является базой для построения теории этого кристалла. Графит явл яется полуметаллом. Как было показано в 1947 году П. Воллесом, в зонной структ уре графена также отсутствует запрещённая зона, причём в точках соприко сновения валентной зоны, и зоны проводимости энергетический спектр эле ктронов и дырок линеен, как функция волнового вектора. Такого рода спект ром, обладают безмассовые фотоны и ультрарелятивистские частицы, а такж е нейтрино. Поэтому говорят, что эффективная масса электронов и дырок в г рафене вблизи точки соприкосновения зон равна нулю. Но здесь стоит замет ить, что несмотря на сходство фотонов и безмассовых носителей, в графене существует несколько существенных различий, делающих носители в графе не уникальными по своей физической природе, а именно: электроны и дырки я вляются фермионами, и они заряжены. В настоящее время аналогов для этих б езмассовых заряженных фермионов среди известных элементарных частиц н ет. Несмотря на такие специфические особенности, экспериментального подтв ерждения эти выводы не получили до 2005 года, поскольку не удавалось создат ь графен. Кроме того, ещё раньше было доказано теоретически, что свободну ю идеальную двумерную плёнку получить невозможно из-за нестабильности относительно сворачивания или скручивания. Тепловые флуктуации привод ят к плавлению двумерного кристалла при любой конечной температуре [1,2]. Интерес к графену появился снова после открытия углеродных нанотрубок, поскольку вся первоначальная теория строилась на простой модели нанот рубки как развёртки цилиндра. Поэтому теория для графена в приложении к нанотрубкам хорошо проработана. Попытки получения графена, прикреплённого к другому материалу, началис ь с экспериментов, использующих простой карандаш, и продолжились с испол ьзованием атомно-силового микроскопа для механического удаления слоёв графита, но не достигли успеха. Использование графита с внедрёнными (инт еркалированный графит) в межплоскостное пространство чужеродными атом ами (используется для увеличения расстояния между соседними слоями и их расщепления) также не привело к результату. В 2004 году российскими и британскими учёными была опубликована работа в жу рнале Science [2], где сообщалось о получении графена на подложке окисленного кр емния. Таким образом, стабилизация двумерной плёнки достигалась благод аря наличию связи с тонким слоем диэлектрика SiO 2 по аналогии с тонкими плёнками, выращенными с помо щью молекулярно-пучковой эпитаксии . Впервые были измерены проводимость, эффект Шубникова— де Г ааза, эффект Холла для образцов, состоящих из плёнок углерода с атомарно й толщиной. И уже 5 октября были удостоены Нобелевской премии в области физики за 2010 год за создание самого тонкого в мире углеродного ма териала – графена , работающие н ыне в Великобритании воспитанники российской научной школы Андрей Гей м и Константин Новосёлов. Россий ские физики открыли графен всего шесть лет назад. Это второй раз, когда престижную награду дают за открыти е нового углеродного материала . А ндрей Гейм и Константин Новосёлов – первые учёные, которым удалось полу чить графен . Константин Сергеевич Новосёлов родился в Нижнем Т агиле 23 августа 1974 года . В 9 классе Но воселов поступил в заочную физико-техническую школу Московского физик о-технического института (МФТИ), решал присылаемые по почте ему задания. П олучив "тройку" на вступительном экзамене по математике в Нижне-Тагильск ом политехническом институте, в 1991 году Новоселов поступил в Московский ф изико-технический институт (МФТИ) на факультет физической и квантовой эл ектроники. Он окончил его с отличием со специальностью "нанотехнологии" . В 1997 году, после чего стал аспирант ом в Институте физики твердого тела РАН в Черноголовке . В 1999 году Новоселов переехал в Нид ерланды и начал работать в лаборатории высокого магнитного поля Универ ситета Неймегена, где его научным руководителем стал другой выпускник М ФТИ Андрей Гейм. В 2001 году Новоселов вслед за Геймом перебрался в Великобр итанию и стал научным сотрудником Манчестерского университета , где и занимается научной деятельностью до их пор . Андрей Константинович Гейм родился 21 октября 1958 год а в Сочи . После окончания школы он попытался поступить в Московский инженерно-физический институт (МИФИ), о днако его там отказались принимать из-за национальнос ти. Поэтому он один год проработал слесарем на Наль чикском электровакуумном заводе, главным ин женером ко торого был его отец. В 1976 году Гейм снова получил отк аз в МИФИ и поступил в Московский физик о-технический ин ститут (МФТИ), где защитил в 1982 году диплом . После этог о Гейм начал работать аспирантом в Институте физики твердого тела АН ССС Р (ИФТТ) . В 1990 году Гейм отправился в Великобританию на стажиро вку в Ноттингемский универс итет и больше уже в СССР и России не работал [ 8 ] . Способ, который они использовали, теперь широко пр именяется во всех лабораториях: с помощью обычного скотча от графита отщ епляют достаточно тонкие слои, часть из которых оказывается одноатомны ми, удивительно, но такой слой возможно увидеть с помощью светового микр оскопа. Сегодня разработан ряд других способов получения графена , например, термическое разложение п одложки слоя кремния, при котором графен формируется на поверхности этой плёнки. Метод отшелушивания является довольно простым и г ибким, поскольку позволяет работать со всеми слоистыми кристаллами, то е сть теми материалами, которые представляются как слабо (по сравнению с с илами в плоскости) связанные слои двумерных кристаллов. В последующей ра боте авторы показали, что его можно использовать для получения других дв умерных кристаллов: BN, MoS 2 , NbSe 2 , Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x . 2 СВО ЙСТВА ГРАФЕНА 2.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Графен по своим свойствам является полум еталлом с малым пере крытием зоны проводимости и валентной зоны. Носите ли заряда обла дают высокой подвижностью, при комнатной температуре она достигает 10 4 с м 2 /В * с, что значительно превы шает подвижность носителей заряда основного материала современной эле ктроники — кремния. Это объ ясняется особой электронной энергетическо й структурой вблизи уровня Ферми. Дисперсия валентных состояний электр онов здесь носит линейный характер, вследствие чего носители заряда обл адают практически нулевой эффективной массой и аномально высокой подв ижностью. Вследствие чего графен является лучшим проводником электрич еского то ка, по сравнению с любой другой плёнкой такой толщины [3]. Графен является полуметаллом, поэтому при комнатной температуре он непригоден для создания полевых транзисторов, поскольк у при прило жении затворного напряжения всегда будет существовать ток у течки. Для решения этой проблемы необходимо миниатюризировать полоски графена, чтобы квантово-размерные эффекты привели к образованию запрещ енной зоны. Многочисленные теоретические и экспериментальны е работы пока зали, что графеновые «наноленты» шириной не более 100 нм эффе ктивно ограничивают движение носителей заряда в одном измерении, (это на по минает процесс, имеющий место в углеродной нанотрубке). Ленты пра виль ной ширины и кристаллической структуры, обладают полупроводни ковыми с войствами и демонстрируют поведение, присущее квантам, в от носительно существенном масштабе. В зависимости от краевой структуры, наноленты из граф ена проявляют металлические свойства (в случае границы типа «зигзаг»), т ак как в этом случае существуют краевые состояния без дисперсии, локализ о ванные в непосредственной близости от края, либо полупроводника, име ю т запрещенную зону, ширина которой определяется поперечным разме ром ле нты (в случае границы типа «кресло»). Измерения проводимости таких лент при различных т емпературах показали, что при комнатной температуре электропроводност ь постепенно увеличивается вместе с напряжением и значительно уменьша ется с уменьшением ширины ленты, это связано с тем, что энергетическая ши ри на запрещенной зоны обратно пропорциональна ширине ленты [1,3] и не зави сит от выбора направления [4]. Ценность графена определяется высочайшими значениями подвижности носителей за ряда (при комнатной температуре он опережает кремний по этому показател ю более чем в сто раз). Объяснение таким характеристикам физики видят в то м, что электроны и дырки в графене обладают нулевой эффективной массой (д ругими словами, их скорость не связана с энергией) и «ведут себя» подобно фотонам. С этим же свойством принято ассоциировать другую «странность» нового м атериала. Известно, что при внесении проводника в магнитное поле его эле ктроны начинают совершать круговые движения (прецессировать). Движение по окружности — периодический процесс, который можно рассматривать ка к квантовый осциллятор, а энергия квантового осциллятора может принима ть лишь дискретный ряд значений. Эти значения — для обычного проводника — эквидистанты; в графене же расстояния между энергетическими уровням и оказываются различными. Графен ле гко адсорбируют на своей поверхности раз личные примеси, и учет взаимод ействия электронной системы представля ет сложную задачу. В частности, учет взаимодействия электронов графена и электронов примеси может при вести к качественному изменению энер гетического спектра (например, обр азованию щели в спектре) и, следова тельно, к возможности распространени я оптических импульсов. При этом энергетический спектр электронов стан овится непараболичным, приводит к существенной нелинейности электрон ных свойств углеродной наноча-стицы. На основе периодической модели Анд ерсона, которая предлагается для описания электронной подсистемы в угл еродных нанотрубках и графене с примесями, методом функций Грина автора ми работы получен закон дисперсии для электронов. В низкотемпературном пределе рассмот рена совместная динамика электронов и электромагнитн ого поля и полу чено эффективное уравнение, которое описывает распростр анение пре дельно коротких оптических импульсов, а также приведены реше ния дан ного уравнения в зависимости от параметров задачи. Уникальные электрические свойс тва делают графен одним из самых перспективных материалов в области нан оэлектроники и приборов спинтроники. В частности, рассматривается возм ожность создания на основе графена быстродействующего транзистора с у зким ка налом, а также электронных устройств, основанных на управлении с пином электронов. 2.2 ПРОВОДИМОСТЬ Теоретически показано, что основное ограничение на подвижность электр онов и дырок в графене (на Si подложке) возникает из-за заряженных примесей в диэлектрике (SiO 2 ), поэтому сейчас ведутся работы по получению свободновисящих плёнок графена, что должно увеличить подвижность до 2·10 6 см І· В
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
У меня среди планов полезных занятий на выходные дни всегда с огромным отрывом побеждает – «Полежать на диване».
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по физике "Графен. Физические и химические свойства", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru