Výzkum grafenu přináší další odhalení

Viditelné stopy ve výzkumu jednoho z nejnadějnějších materiálů pro budoucnost – grafenu – zanechali vědci z oddělení elektrochemických materiálů Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Na jeho unikátní vlastnosti, jako jsou extrémní mechanická pevnost, tepelná či elektrická vodivost a zároveň optická propustnost, se zaměřují badatelé okolo prof.

Ladislava Kavana, dr. Martina Kalbáče a dr. Otakara Franka. Nové poznatky byly publikovány ve třech odborných statích prestižního mezinárodního časopisu Nano Letters. Využity mohou být např. při výrobě nové generace solárních článků a tranzistorů.

Nasazení grafenu v barvivem senzitizovaných solárních článcích místo platiny ukazuje práce prof. Kavana, vzniklá ve spolupráci se skupinou prof. Michaela Grätzela z Ecole Polytechnique v Lausanne. Grafenové nanodestičky ve formě opticky transparentního filmu vykazují vynikající elektrokatalytické vlastnosti pro redox mediátory na bázi kobaltu.

V tomto případě grafen jednoznačně překonává platinu jako katalyzátor. Tento objev má zřejmou aplikaci pro novou generaci barvivem sensibilizovaných a kobaltem mediovaných solárních článků, u kterých badatelé prokázali rekordní účinnost konverze solární energie přes 12 %!

Článek s grafenovou katodou překonává vlastnosti článku s platinovou katodou zejména ve faktorech zaplnění a v účinnosti při vysoké intenzitě osvětlení.

Další z nadějných aplikací grafenu je nahrazení křemíku v logických obvodech. Teprve nedávno zveřejněný koncept tzv. BISFET tranzistoru (bilayer pseudospin field-effect transistor) by mohl být realizován právě grafenem, přesněji řečeno jeho dvěma vrstvami, které by ale byly uspořádány nad sebou tak, aby jejich vzájemná interakce byla minimální.

Takový tranzistor by pak měl až tisícinásobně nižší spotřebu energie než ty současné konvenční na bázi křemíku. Tento koncept je však stále ještě pouze teoretický a představuje velkou výzvu pro výzkum.

Jedním ze zásadních kroků je zde pochopení procesů při dopování grafenu (v tomto případě inzerci či extrakci elektronů) a při přenosu náboje mezi jeho vrstvami. Právě touto problematikou se zabývá práce dr.

Kalbáče, který pomocí Ramanovy spektroskopie studoval elektrochemické dopování dvouvrstvého grafenu s využitím izotopického značení uhlíku v jednotlivých vrstvách. Tato jedinečná metoda pak přinesla neočekávaný závěr, že elektrochemické dopování obou vrstev probíhá obdobně, což se liší od chování analogického systému, tj.

dvoustěnných uhlíkových nanotub. Kromě toho bylo rovněž zjištěno, že dopování může vést ke zmenšení interakce mezi vrstvami, a tím by mohlo být užitečným nástrojem pro modifikaci vlastností grafenových dvouvrstev, např.

právě v tranzistorech BISFET. Na výzkumu se podíleli i badatelé z Massachusettského Technologického Institutu v Bostonu.

Dvouvrstvým grafenem, tentokrát ovšem s periodickým AB uspořádáním, a jeho mechanickými vlastnostmi, se zabývá práce dr. Franka. V tomto případě, kromě fundamentálního popisu chování takového materiálu při jednoosém tahu, bylo jedním z cílů práce prověřit možnost otevření zakázaného pásu v jinak perfektně vodivém grafenu pomocí mechanického namáhání.

Dosavadní teoretické úvahy tuto možnost předkládaly jako téměř jistou, nicméně prakticky takový pokus ještě realizován nebyl. Zmíněná práce, jež vznikla mimo jiné ve spolupráci s týmem prof. Konstantina Novodelova, nositele Nobelovy ceny za objev grafenu, ukazuje možnost otevření zakázaného pásu nerovnoměrným namáháním obou vrstev, kdy v určitých definovaných momentech dojde k nepatrnému porušení jinak perfektní symetrie AB grafenu.

To pak vede k nepatrné, ale zásadní změně elektronové struktury, analogicky k nerovnoměrnému nabíjení dvou vrstev, pomocí něhož bylo otevírání zakázaného pásu prokázáno již dříve. Uvedený postup pomocí mechanického napětí by ovšem mohl být realizován snadněji, například kombinací správně upraveného substrátu na spodní straně a elektrod na svrchní vrstvě.

Dr. Frank byl před několika dny oceněn Cenou Učené společnosti pro mladé vědecké pracovníky právě za fundamentální studium mechanické deformace grafenu.

-TZ AV ČR-

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Pandemie nahrává „šmírákům“

Pandemie nahrává „šmírákům“

Vaše dítě, žárlivý partner nebo zdánlivý kamarád – tito všichni mohou dostat...
Peugeot: Ekologická výzva současnosti

Peugeot: Ekologická výzva...

Recyklace. Trendové slovo současnosti, které se automobilky učí používat....
Bezpečnější silnice? Rusko chce do automobilů umístit alkoholové zámky

Bezpečnější silnice? Rusko chce do...

Ať už se nám to líbí, nebo ne, alkohol za volant zkrátka nepatří. Rusové...
Perseverance vyrazí na svou cestu

Perseverance vyrazí na svou cestu

Již ve čtvrtek 30. července 2020 by na cestu k rudé planetě měla...
Mechanické ploty nebo elektřina?

Mechanické ploty nebo elektřina?

Desítky tisíc až statisíce kaprovitých ryb ročně táhnou z nádrže Lipno do horní...
Výzkum podmořského světa stále láká

Výzkum podmořského světa stále láká

Vědci mají v plánu v hlubinách Karibského moře zbudovat obří výzkumnou...
„Kuřátko“ z tiskárny? KFC plánuje vyrábět nugety na ruském 3D tisku

„Kuřátko“ z tiskárny? KFC plánuje...

Je všeobecně známo, že KFC již delší dobu koketuje se zaváděním...
Jak posoudit kvalitu tuňáka? Restaurace mohou použít speciální aplikaci

Jak posoudit kvalitu tuňáka?...

Aby bylo připravované sushi co nejchutnější, musí zodpovědní pracovníci v...
Špinavé ruce k obličeji nepatří! Přívěsek od NASA bude svého držitele varovat

Špinavé ruce k obličeji nepatří!...

Vibrační přívěsek od NASA? To je další zajímavé opatření proti šíření...
Nesmrtelný dvoutakt na závodních okruzích – Výstava motocyklů v Hořicích

Nesmrtelný dvoutakt na závodních...

Městské muzeum ve spolupráci s hořickým historikem motocyklových závodů na okruzích Mgr....

Nenechte si ujít další zajímavé články

Znáte 10 největších siláků živočišné říše?  

Znáte 10 největších siláků živočišné...

Jsou nejsilnější sloni, nebo gorily? Pokud jde o nejsilnější zástupce zvířecí...
Kde se originálně ubytovat v ČR?

Kde se originálně ubytovat v ČR?

Léto, prázdniny a s nimi spojená letní dovolená. Ukážeme...
Druhý Leonidas zachránil křesťanský svět od Turků

Druhý Leonidas zachránil...

„Ubránit se Turkům nemůžeme, nuž hrdinsky dílo dokonejme. Otevřeme bránu ode tvrze a na...
Dějepis jinak: Otravní komáři a jejich krvelačný příběh

Dějepis jinak: Otravní komáři a...

Komár je zřejmě tím nejvíc nenáviděným hmyzem na celé planetě a...
Uprchlé trestance z Austrálie zachrání americká vlajka

Uprchlé trestance z Austrálie...

„Co teď, proboha, co teď?“ drbe si temeno hlavy kapitán. Na jeho lodi se totiž...
Dějepis jinak: Hořko-sladká minulost čokolády

Dějepis jinak: Hořko-sladká...

Jakmile se poví čokoláda, většina z nás si představí chutné...
Zapomenutý vědec: Zvolil František Čuřík raději smrt než spolupráci s nacisty?

Zapomenutý vědec: Zvolil František...

Matematik a odborník na balistiku František Čuřík přemítá, jak se vyhnout námluvám s...
Osud slavné výletní hospody: Vlasovci ostřelovali dřevěného slona

Osud slavné výletní hospody:...

Hostinský Šenk spokojeně počítá tržbu. Úvěr za dřevěného slona jistě brzy...
Nejstarší česká pohádka: Příběh o dvanácti měsíčkách vyprávěli lidem mniši

Nejstarší česká pohádka: Příběh o...

Maruška s pláčem utíká do lesa. „Pamatuj! Bez jahod se zpátky nevracej!“ zní jí...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.