г. Москва, ул. Ленинская слобода, д. 19,
БЦ "Omega Plaza", 3й эт., оф. №3024-3

Техспецификация МЭК ТС 62607-6-6 упростит контроль плоскостности листа графена

Опубликовано: 17.02.2022

Обновлено: 17.02.2022


  • Техспецификация МЭК ТС 62607-6-6 упростит контроль плоскостности листа графена
Эксперты Международной электротехнической комиссии (International Electrical Commission; IEC; МЭК) представили вниманию широкой общественности новую техническую спецификацию на тему оценки деформации однослойного графена с использованием спектроскопа.

Документ, получивший название МЭК ТС 62607-6-6:2021 "Нанопроизводство - Ключевые контрольные характеристики - Часть 6–6: Графен - Однородность деформации: спектроскопия комбинационного рассеяния света (спектроскопия рамановского рассеяния)", разрабатывался при поддержке Исследователей из Рейнско-Вестфальского технического университета в Ахене (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen) и комитета по стандартизации организации Graphene Flagship.

Что такое графен, и зачем он нужен? 

Графен — аллотроп (альтернативная форма химического элемента) углерода, состоящий из одного слоя атомов, сгруппированных в рамках двумерной решетчатой наноструктуры. Каждый атом в листе графена соединен с тремя ближайшими "соседями". Связи аналогичного типа наблюдаются в углеродных нанотрубках и полициклических ароматических углеводородах, фуллеренах и стеклоуглероде. 

Подобная структура делает графен полуметаллом с необычными электронными свойствами, что позволяет создавать из него, помимо прочего, полевые транзисторы, демонстрирующие биполярную проводимость. Графен очень эффективно проводит тепло и электричество вдоль  плоскости. 

Он также эффективно поглощает свет всех видимых длин волн, что объясняет черный цвет графита (многослойный материал с объемной структурой кристалла, из которого можно получать графен). Однако одиночный лист графена почти прозрачен вследствие чрезвычайной тонкости. Несмотря на это, материал примерно в 100 раз прочнее наиболее прочной стали той же толщины вследствие исключительно высокого показателя прочности на растяжение.

Ученые строили теории о потенциальном существовании и производстве графена на протяжении десятилетий. Перспективный материал открыли, выделили и исследовали в 2004 году ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов из Манчестерского университета, что позволило им спустя 6 лет получить Нобелевскую премию по физике за "новаторские эксперименты с двумерным графеном". 

Согласно прогнозу консалтинговой компании Vantage Market Research, совокупный оборот мирового рынка графена в стоимостном выражении к 2028 году достигнет $ 2.5 млрд., а совокупный среднегодовой темп роста рыночного оборота в течение прогнозного периода (2021-2028 гг.) составит 19,5%. 

Ключевыми драйверами роста рынка эксперты называют повышающийся спрос на бытовую электронику, включая мобильные телефоны и планшеты, и увеличение покупательной способности конечных потребителей. Кроме того, росту рынка способствует активное использование материала в автомобильной промышленности в форме прозрачных проводящих пленок на основе оксида графена. Графен находит все более широкое применение в аэрокосмической промышленности, электронике, оборонной индустрии, биологической инженерии, водопользовании (разработка систем фильтрации). 

Перечень способов применения материала включает исследовательскую деятельность в области композитов, материалов для 3D-принтеров, лакокрасочных и защитных покрытий, чернил и порошков для принтеров с графеновым наполнителем, а также стройматериалов. Например, исследователи недавно продемонстрировали, что графеновый порошок, дополненный поверхностно-активными веществами, при добавлении в бетон повышает прочность данного стройматериала на сжатие, растяжение и изгиб.

Материал характеризуется значительными перспективами в контексте использования в ряде иных устройств и продуктов, включая солнечные батареи, светодиоды (LED), сенсорные панели, смазочные материалы, масла и функциональные жидкости, конденсаторы и батареи, системы управления температурным режимом смарт-окна и телефоны. 

Уже налажено промышленное производство многочисленных изделий, использующих преимущества графена. Так, смартфоны с графеновыми сенсорными экранами не первый год представлены на рынке. 

Почему важна оценка плоскостности листа графена?

Эксперты в области наноматериалов часто называют графен идеальным проводником. Однако исследования показали, что электрические качества и структурные характеристики графена тесно связаны, и что наномасштабные деформации решетки, вызванные гофрированием поверхности, ограничивают подвижность электронов в графене. 

Таким образом, контроль плоскостности листа графена играет основополагающую роль при изготовлении высококачественных графеновых компонентов для электронных устройств, а возможность измерения этого параметра простым и быстрым способом становится ключевым конкретным и технологическим преимуществом. 

Новый документ на тему определения плоскостности графена МЭК ТС 62607-6-6:2021 упрощает данную задачу. По мнению экспертов Международной электротехнической комиссии, популяризация данной технической спецификации способна ускорить производство и внедрение графена по всему миру.

Метод рамановской спектроскопии, используемый для измерения плоскостности графена, — стандартный инструмент в арсенале исследователей данного материала. Рассматриваемый метод является быстрым, неразрушающим и хорошо изученным. Он позволяет различать однослойный и малослойный графен, помогает определить легирование графена, величину механических деформаций и дефектов в решетке. 

В 2015 году исследователи из Рейнско-Вестфальского технического университета в Ахене и организации Graphene Flagship доказали, что рамановская спектроскопия позволяет сделать однозначные основанные на данных выводы о количестве вариаций деформации в нанометровом масштабе в графеновом листе, прямо коррелирующих с плоскостностью.

Данное открытие было сделано в очень подходящее время, поскольку годом ранее деформация в нанометровом масштабе была определена как основной источник рассеяния электронов в бездефектном графене. Стало понятно, что результаты нового исследования могут стать основой для международно признанного тематического стандарта. 

Так появился документ МЭК ТС 62607-6-6:2021, предлагающий четкие инструкции относительно использования сканирующих конфокальных рамановских карт для получения «параметра однородности деформации». Это измерение основано на статистической интерпретации ширины линии характерного двумерного пика, генерируемого однослойным графеном.

Авторы техспецификации отмечают, что параметр однородности деформации — это показатель качества, количественно определяющий влияние вариаций деформации в нанометровом масштабе на электронные свойства слоя. Использование МЭК ТС 62607-6-6:2021 позволяет рассчитать верхний предел электронных характеристик исследуемого графена, помогая производителям классифицировать свой материал и решить, подходит ли он для тех или иных применений. Например, для изготовления высокочастотных транзисторов и широкополосных приемников.

Эксперты организации Graphene Flagship, также тесно сотрудничающей с Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization; ISO; ИСО), подчеркивают, что распространение тематических стандартов поможет повысить эффективность исследовательских проектов, снизить риски и затраты в контексте производственных процессов, а также стимулировать инновации. 

Поделиться с друзьями!

Теги: IEC МЭК спектроскопия комбинационного рассеяния света спектроскопия рамановского рассеяния графен МЭК ТС 62607-6-6:2021 МЭК ТС 62607-6-6 нанопроизводство наноиндустрия


Подписка
Оставьте ваш e-mail, чтобы получать новости