F.PHYSICIST
3rd September 2011, 03:09 PM
گرافن جادوي قرن بيست و يكم
http://www.hupaa.com/upload/thumb/thumb_3320766.jpg (http://www.hupaa.com/page.php?id=5155) گرافن سخت‌ترین و نازک‌ترین ماده‌ای است که بشر تاکنون به‌آن دست یافته‌‌است. این ماده توانایی های زیادی دارد ومی تواند در خدمت بشر امروز قرار گیرد .دراین قسمت به معرفی بخشی از کاربردهای گرافن ومشکلات گرافن می پردازیم.
(http://www.hupaa.com/list.php?name=article_other)
http://img.tebyan.net/big/1390/06/66584813116781237229901875213103215176159.gif
كاربردهاي بالقوه آن را به‌طور خلاصه مي‌توان چنين عنوان كرد:
ساخت ترانزيستورهاي بسيار كوچك وبسيار سريع با استفاده از گرافن
گروه تحقيقاتي دانشگاه منچستر يك ترانزيستور گرافني يك نانومتري ساخت كه ضخامت آن يك اتم و قطرش برابر ده اتم بود. عده اي پيش بيني كرده بودند كه ترانزيستورهاي مذكور كه از مشتقات گرافن بودند روزي جاي سيليكون را به عنوان پايه ي محاسبات آينده بگيرد.
به مدت چهل سال، يك قانون كلي به نام قانون مور بر محاسبات حكمفرما بوده است. اين قانون پيش بيني مي كند كه تقريباً هر دو سال، تعداد ترانزيستورهاي مورد استفاده روي تراشه ها دو برابر خواهد شد.با اين وجود، سيليكون كه تا به حال پا به پاي قانون مور آمده است، در ابعاد زير ده نانومتر ساختارهاي پايداري ندارد. جديدترين تراشه هاي امروز تنها چهل و پنج نانومتر ابعاد دارند. بنابراين وجود جايگزيني براي سيليكون احساس مي شود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/2120612023618912010528864813117018897234126.gif
گرافن ها از خواص رسانشي فوق العادهاي برخوردارن و به همين دليل نامزد نسل آينده ي ترانزيستورهاي سرعت بالا هستند
شركت‌هايي مانند آي‌بي‌ام و نوكيا هم به آينده گرافن اميد بسته‌اند. آي‌بي‌ام يك ترانزيستو 150 گيگاهرتزي توليد كرده است؛ در حالي كه سريع‌ترين ترانزيستور سيليكوني قابل قياس با اين ترانزيستور، در فركانس 40 گيگاهرتز كار ميكند.
به گفته دكتر يو مينگ لين از آي‌بي‌ام، "در مورد سرعت ترانزيستورها، در حال حاضر هيچ مرزي براي حد نهايي سرعت آنها وجود ندارد. هرچند به مشكلاتي برخورده‌ايم كه بايد برطرف شوند، ولي فكر نمي‌كنم كه مشكلي با خواص گرافن داشته باشيم"
ذخيره بسيار متراكم داده‌ها
گروهي از پژوهشگران دانشگاه Rise يك نمونه حافظه شبيه حافظه‌هاي فلش كنوني ساختند كه مبتني بر گرافن طراحي شده‌بود و علاوه بر اينكه از چگالي و تراكم بيشتري برخوردار بود، اتلاف حافظه كمتري داشت.
ذخيره انرژي
كاربرد گرافن در بخش انرژي نيز قابل توجه است. تلاش‌ها براي استفاده از اين ماده جهت ساخت خازن‌هاي پرقدرت با قابليت ذخيره و انتقال جريان الكتريسيته آغاز شده‌است. هم‌اكنون نيز بعضي از شركت‌هايي كه در ساخت محصولات الكترونيكي ويژه از نانولوله‌هاي كربني استفاده مي‌كنند، در حال روي آوردن به گرافن هستند. نمونه‌اي از اين محصولات الكترونيكي ويژه، لباس‌هايي هستند كه مي‌توان آنها را پوشيد و در صورت نياز تجهيزات الكتريكي را با آنها شارژ كرد. همچنين از تركيب گرافن و آب براي ذخيره انرژي استفاده مي كنند. آب،سبب خيس نگهداشتن گرافن (به شكل ژل) مي شود ويك نيروي دافعه ميان ورقه‌هاي منفرد ايجاد كرده و با جلوگيري از اتصال دوباره اين ورقه‌ها به يكديگر، امكان استفاده از اين ماده را در كاربردهاي واقعي ايجاد ميكند. كارايي ژل گرافني در ابزارهاي ذخيره انرژي هم از نظر ميزان بار قابل ذخيره‌سازي و هم از نظر زمان رهايش اين بار بسيار بهتر از فناوري ديگرِ مبتني بر كربن بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/932301984210816111019715624840243802693224.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/06/20222419625024944187135862161207424421918168.gif)
دكتر دان لي، استاد دانشكده مهندسي مواد دانشگاه موناش به همراه همكارانش روي گرافن كار كرده‌اند؛ اين ماده مي‌تواند مبنايي براي توليد نسل بعدي سامانه‌هاي بسيار سريع ذخيره انرژي باشد.وي مي‌گويد: «اگر بتوانيم اين ماده را به‌درستي دستكاري كنيم، به‌طور مثال آيفون شما مي‌تواند در عرض چند ثانيه و يا حتي كمتر شارژ شود».
تجهيزات نوري، سلول‌هاي خورشيدي و نمايشگرهاي لمسي انعطاف‌پذير
گروهي از پژوهشگران دانشگاه كمبريج اظهار داشتند مزيت اصلي گرافن در اين است كه مي‌تواند نور و الكتريسيته را از خود عبور دهد. اين ويژگي‌ها در كنار مزايايي مانند استحكام و انعطاف‌پذيري باعث مي‌شود تا استفاده از آن به افزايش بازده سلول‌هاي خورشيدي و لامپ‌هاي LED بيانجامد، مضاف بر اينكه در ساخت تجهيزات نسل جديد از جمله نمايشگرهاي لمسي، نورياب‌ها و ليزرهاي فوق سريع نيز سودمند خواهد بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/2524488322330519024462237479925229214.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/06/16628248206962051121357923372245161195149232.gif)
سامسونگ با همكاري دانشگاه سانگ‌كيون‌كوان كره جنوبي، بيشترين سرمايه‌گذاري را بر روي تحقيقات گرافن انجام داده است. اين شركت توانسته يك نمايشگر لمسي انعطاف‌پذير 25 اينچي را با استفاده از همين فناوري توليد كند و قصد دارد طي پنج سال آينده ده‌ها محصول تجاري ديگر با استفاده از گرافن توليد كند
استفاده از گرافن در توليد نازك ترين جامه نامرئي
جامه نامرئي يكي از فناوري‌هاي است كه مي‌تواند در حوزه‌هاي مختلف مورد استفاده قرار گيرد. پژوهشگران دريافته‌اند كه با استفاده از گرافن، مي‌توان اين البسه را تا حد بسيار زيادي نازك كرد. با اين كار طيف كاربرد اين فناوري افزايش محسوسي مي‌يابد.
محققان دريافتند كه حتي يك لايه اتمي از گرافن مي‌تواند خواص فوق الذكر را داشته باشد. براي اين كار از سطوح داراي فركانس مناسب، يعني سطوح رسانا با الگوهاي مناسب، استفاده شد كه با اين كار مقاومت موثر سطح به‌كار گرفته مي‌شود. يكي ديگر از مزاياي جامه گرافني آن است كه مي‌توان مقاومت سطح موثر آن را در لحظه تنظيم كرد. با اين كار مي‌توان جامع قابل سوئيچ و قابل تنظيم توليد نمود.
استفاده از گرافن براي كاهش زمان شارژباتري ها
افزودن مقدار كمي گرافن به مواد موجود در باتري مي‌تواند زمان شارژ باتري را به‌شدت كاهش دهد.باتري‌هاي جديدي كه در گروه انرژي در آزمايشگاه ملي Pacific Northwest و شركت Vorbeck Material تهيه شده، مي‌تواند زمان شارژ خودرو‌ها و ادوات الكترونيكي و حتي تلفن‌هاي همراه را از چند ساعت به چند دقيقه كاهش دهد.
محققان اين پروژه ثابت كردند كه افزودن مقدار كمي از گرافن مي‌تواند پايداري چرخه‌اي و توان باتري‌هاي يون ليتيم را به‌شدت افزايش دهد، اين در حالي است كه اين مسئله تأثيري روي ظرفيت ذخيره‌سازي انرژي كه در اين باتري‌ها بالاست ـ ندارد. نتايج اين پروژه منجر به توليد باتري‌هايي مي شود كه مقدار زيادي انرژي را در خود ذخيره كرده، خيلي سريع شارژ مي‌شوند.
هم‌اكنون، باتري‌هاي تلفن همراه بين 2 تا 5 ساعت طول مي‌كشد تا كاملاً شارژ شوند؛ اما باتري‌هاي جديديكه حاوي گرافن است، مي‌تواند در كمتر از10 دقيقه شارژ شوند
http://img.tebyan.net/big/1390/06/6324325222312072221511471035350218107204224.gif
فيزيك ذرات پرانرژي
گرافن ماده‌اي است كه پژوهشگران مركز تحقيقاتيCERN رانيز خشنود خواهد كرد. زيرا استفاده از اين ماده، مطالعه ذرات كوانتومي در سرعت‌هاي بالا را ساده‌تر خواهد كرد. با توجه به اينكه گرافن فقط دو بعد دارد، الكترونها مي‌توانند تقريباً بدون وجود مقاومت در ساختار مشبك آن حركت كنند.
اظهارات متخصصان و پژوهشگران حاكي از آن است كه محصولات گرافني تا صنعتي شدن فاصله زيادي ندارند. به هر حال، همگام با افزايش نيازهاي علمي و محاسباتي مواد جديدي پا به عرصه مي‌گذارند كه استفاده از آنها مي‌تواند بين عرضه و تقاضا تعادل ايجاد كند.
مشكلات گرافن
گرافن ماده اي است كه از ورقه هاي مسطح كربن ساخته مي شود و آرايش آن مثل لانه ي زنبور مي باشد. در اين ماده الكترونها مي توانند به صورت مجازي 100 برابر سريعتر از الكترونهاي حاضر در سيليكون حركت كنند به همين علت به طور بالقوه گرافن مي تواند كاربردهاي زيادي در صنايع الكترونيك داشته باشد. اين ماده در حال حاضر اصلي ترين رقيب سيليكون به شمار مي رود.
برخلاف سيليكون، گرافن فاقد باند گپ الكترونيكي است. باند گپ به محدوده انرژي گفته مي‌شود كه توسط الكترونها اشغال نشده و براي كاربردهاي الكترونيكي حائز اهميت است. ايجاد يك باندگپ در محدوده انرژي الكتروني گرافن يك پيش نياز ضروري براي به‌كارگيري گرافن در ترانزيستورها است.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/253109123140212149716222722622711410471180173.gif
به رغم موج فعلي پيشرفت، سرمايه‌گذاري و توجه رسانه‌اي، خيلي از پژوهشگران چنين اطميناني به گرافن ندارند. برخي از آنها مطمئنند كه گرافن همه خواصي را كه از آن انتظار مي‌رود، در خود ندارد.اين ماده به خودي خود، band gap را كه يك ويژگي حياتي براي كاربردهاي الكترونيكي است، ندارد. (به اين معني كه گرافن نمي‌تواند رسانايي الكتريكي را متوقف كند و «خاموش شود») بنابراين چون گرافن فاقد باند گپ است نمي‌توان از آن به‌عنوان سوئيچ كه براي كاربردهاي الكترونيكي لازم است، استفاده كرد. درحالي كه در سيليكون كليد روشن و خاموش (رسانش و عدم رسانش در جهات مختلف) بسيار دقيق عمل ميكند، يعني مقدار رسانش آن در حالت روشن، نسبت به خاموش آن بالاست. براي استفاده از گرافن در ترانزيستورها، بايد يك شكاف انرژي در طيف انرژي الكتروني آن ايجاد كرد. در اينجا مهندسان وارد عمل مي‌شوند. محققان دريافته‌اند كه فشارهاي محلي در ورقه گرافن مي‌تواند خواص هدايت آن را تغيير دهد. با تغيير فشار محلي، شكاف انتقال مي‌تواند ايجاد شود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/2232093106218251621524010413832109109168207.gif
در فيزيك حالت جامد، تئوري باند (band) راهي براي نشان دادن انرژي الكترونها در يك ماده‌ي داده شده است. در نيمه‌هادي‌ها فضاهاي بدون الكترون بين باندها (رسانش و ظرفيت)وجود دارند كه به آنها باند گپ (band gap) مي‌گويند. اگر آن گپ خيلي بزرگ يا خيلي كوچك نباشد، برخي از الكترونها مي‌توانند به داخل گپ بپرند و اين موضوع درجه‌ي بالاتري از كنترل الكترون در رابطه با رفتار الكتريكي آن ماده را مهيا خواهد كرد كه درنتيجه، خاموش و روشن كردن ترانزيستور آسان‌تر مي‌شود. روش‌هايي براي ايجاد باند گپ ارائه شده است اما هر يك مشكلاتي داشته‌اند. همان طوركه گفتيم محققان روشي ارائه كرده‌اند كه در عين ساده بودن قادر است شكاف‌هايي قابل تنظيم در ساختار گرافن ايجاد كند.
اين ماده به خودي خود، band gap را كه يك ويژگي حياتي براي كاربردهاي الكترونيكي است، ندارد
براي اين منظور محققان وارد عمل شدند. آنها دريافتند كه فشارهاي منطقه‌اي در گرافن مي‌تواند خواص هدايت را در اين ماده تغيير دهد. با تغيير اين فشارها، باند گپ گرافن دستخوش تغيير مي‌گردد. مهندسي فشار، يكي از راهبردهاي رايج در صنعت نيمه‌هادي‌ها است. در حال حاضر راه‌هاي متعددي براي ايجاد يك فشار قابل كنترل به گرافن شناخته شده است. برخي از اين راه‌ها عبارتند از، مورفولوژي‌هاي فشار مانند چروك‌ها در گرافن تميز معلق در يك محلول، بالون‌هاي گرافني روي بستر الگودار و سوپر شبكه‌هاي فشاري گرافني روي بستر شبكه‌اي نامنطبق.
مشكل ديگردانشمندان اين است كه اين خواص «جادويي» تنها در مقياس خيلي كوچك ديده شده‌اند. در نتيجه به رغم اينكه گرافن در مقياس كوچك خيلي محكم‌تر از فولاد تقويت شده است، بايد در مورد ادعاهايمان محتاط باشيم. بايد محدوديت‌هاي گرافن را درك كنيم. و در تلاش باشيم تا كاربردهاي خاصي رابيابيم تا بتوانيم از آن خواص استفاده كنيم.
http://www.hupaa.com/upload/thumb/thumb_3320766.jpg (http://www.hupaa.com/page.php?id=5155) گرافن سخت‌ترین و نازک‌ترین ماده‌ای است که بشر تاکنون به‌آن دست یافته‌‌است. این ماده توانایی های زیادی دارد ومی تواند در خدمت بشر امروز قرار گیرد .دراین قسمت به معرفی بخشی از کاربردهای گرافن ومشکلات گرافن می پردازیم.
(http://www.hupaa.com/list.php?name=article_other)
http://img.tebyan.net/big/1390/06/66584813116781237229901875213103215176159.gif
كاربردهاي بالقوه آن را به‌طور خلاصه مي‌توان چنين عنوان كرد:
ساخت ترانزيستورهاي بسيار كوچك وبسيار سريع با استفاده از گرافن
گروه تحقيقاتي دانشگاه منچستر يك ترانزيستور گرافني يك نانومتري ساخت كه ضخامت آن يك اتم و قطرش برابر ده اتم بود. عده اي پيش بيني كرده بودند كه ترانزيستورهاي مذكور كه از مشتقات گرافن بودند روزي جاي سيليكون را به عنوان پايه ي محاسبات آينده بگيرد.
به مدت چهل سال، يك قانون كلي به نام قانون مور بر محاسبات حكمفرما بوده است. اين قانون پيش بيني مي كند كه تقريباً هر دو سال، تعداد ترانزيستورهاي مورد استفاده روي تراشه ها دو برابر خواهد شد.با اين وجود، سيليكون كه تا به حال پا به پاي قانون مور آمده است، در ابعاد زير ده نانومتر ساختارهاي پايداري ندارد. جديدترين تراشه هاي امروز تنها چهل و پنج نانومتر ابعاد دارند. بنابراين وجود جايگزيني براي سيليكون احساس مي شود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/2120612023618912010528864813117018897234126.gif
گرافن ها از خواص رسانشي فوق العادهاي برخوردارن و به همين دليل نامزد نسل آينده ي ترانزيستورهاي سرعت بالا هستند
شركت‌هايي مانند آي‌بي‌ام و نوكيا هم به آينده گرافن اميد بسته‌اند. آي‌بي‌ام يك ترانزيستو 150 گيگاهرتزي توليد كرده است؛ در حالي كه سريع‌ترين ترانزيستور سيليكوني قابل قياس با اين ترانزيستور، در فركانس 40 گيگاهرتز كار ميكند.
به گفته دكتر يو مينگ لين از آي‌بي‌ام، "در مورد سرعت ترانزيستورها، در حال حاضر هيچ مرزي براي حد نهايي سرعت آنها وجود ندارد. هرچند به مشكلاتي برخورده‌ايم كه بايد برطرف شوند، ولي فكر نمي‌كنم كه مشكلي با خواص گرافن داشته باشيم"
ذخيره بسيار متراكم داده‌ها
گروهي از پژوهشگران دانشگاه Rise يك نمونه حافظه شبيه حافظه‌هاي فلش كنوني ساختند كه مبتني بر گرافن طراحي شده‌بود و علاوه بر اينكه از چگالي و تراكم بيشتري برخوردار بود، اتلاف حافظه كمتري داشت.
ذخيره انرژي
كاربرد گرافن در بخش انرژي نيز قابل توجه است. تلاش‌ها براي استفاده از اين ماده جهت ساخت خازن‌هاي پرقدرت با قابليت ذخيره و انتقال جريان الكتريسيته آغاز شده‌است. هم‌اكنون نيز بعضي از شركت‌هايي كه در ساخت محصولات الكترونيكي ويژه از نانولوله‌هاي كربني استفاده مي‌كنند، در حال روي آوردن به گرافن هستند. نمونه‌اي از اين محصولات الكترونيكي ويژه، لباس‌هايي هستند كه مي‌توان آنها را پوشيد و در صورت نياز تجهيزات الكتريكي را با آنها شارژ كرد. همچنين از تركيب گرافن و آب براي ذخيره انرژي استفاده مي كنند. آب،سبب خيس نگهداشتن گرافن (به شكل ژل) مي شود ويك نيروي دافعه ميان ورقه‌هاي منفرد ايجاد كرده و با جلوگيري از اتصال دوباره اين ورقه‌ها به يكديگر، امكان استفاده از اين ماده را در كاربردهاي واقعي ايجاد ميكند. كارايي ژل گرافني در ابزارهاي ذخيره انرژي هم از نظر ميزان بار قابل ذخيره‌سازي و هم از نظر زمان رهايش اين بار بسيار بهتر از فناوري ديگرِ مبتني بر كربن بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/932301984210816111019715624840243802693224.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/06/20222419625024944187135862161207424421918168.gif)
دكتر دان لي، استاد دانشكده مهندسي مواد دانشگاه موناش به همراه همكارانش روي گرافن كار كرده‌اند؛ اين ماده مي‌تواند مبنايي براي توليد نسل بعدي سامانه‌هاي بسيار سريع ذخيره انرژي باشد.وي مي‌گويد: «اگر بتوانيم اين ماده را به‌درستي دستكاري كنيم، به‌طور مثال آيفون شما مي‌تواند در عرض چند ثانيه و يا حتي كمتر شارژ شود».
تجهيزات نوري، سلول‌هاي خورشيدي و نمايشگرهاي لمسي انعطاف‌پذير
گروهي از پژوهشگران دانشگاه كمبريج اظهار داشتند مزيت اصلي گرافن در اين است كه مي‌تواند نور و الكتريسيته را از خود عبور دهد. اين ويژگي‌ها در كنار مزايايي مانند استحكام و انعطاف‌پذيري باعث مي‌شود تا استفاده از آن به افزايش بازده سلول‌هاي خورشيدي و لامپ‌هاي LED بيانجامد، مضاف بر اينكه در ساخت تجهيزات نسل جديد از جمله نمايشگرهاي لمسي، نورياب‌ها و ليزرهاي فوق سريع نيز سودمند خواهد بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/2524488322330519024462237479925229214.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/06/16628248206962051121357923372245161195149232.gif)
سامسونگ با همكاري دانشگاه سانگ‌كيون‌كوان كره جنوبي، بيشترين سرمايه‌گذاري را بر روي تحقيقات گرافن انجام داده است. اين شركت توانسته يك نمايشگر لمسي انعطاف‌پذير 25 اينچي را با استفاده از همين فناوري توليد كند و قصد دارد طي پنج سال آينده ده‌ها محصول تجاري ديگر با استفاده از گرافن توليد كند
استفاده از گرافن در توليد نازك ترين جامه نامرئي
جامه نامرئي يكي از فناوري‌هاي است كه مي‌تواند در حوزه‌هاي مختلف مورد استفاده قرار گيرد. پژوهشگران دريافته‌اند كه با استفاده از گرافن، مي‌توان اين البسه را تا حد بسيار زيادي نازك كرد. با اين كار طيف كاربرد اين فناوري افزايش محسوسي مي‌يابد.
محققان دريافتند كه حتي يك لايه اتمي از گرافن مي‌تواند خواص فوق الذكر را داشته باشد. براي اين كار از سطوح داراي فركانس مناسب، يعني سطوح رسانا با الگوهاي مناسب، استفاده شد كه با اين كار مقاومت موثر سطح به‌كار گرفته مي‌شود. يكي ديگر از مزاياي جامه گرافني آن است كه مي‌توان مقاومت سطح موثر آن را در لحظه تنظيم كرد. با اين كار مي‌توان جامع قابل سوئيچ و قابل تنظيم توليد نمود.
استفاده از گرافن براي كاهش زمان شارژباتري ها
افزودن مقدار كمي گرافن به مواد موجود در باتري مي‌تواند زمان شارژ باتري را به‌شدت كاهش دهد.باتري‌هاي جديدي كه در گروه انرژي در آزمايشگاه ملي Pacific Northwest و شركت Vorbeck Material تهيه شده، مي‌تواند زمان شارژ خودرو‌ها و ادوات الكترونيكي و حتي تلفن‌هاي همراه را از چند ساعت به چند دقيقه كاهش دهد.
محققان اين پروژه ثابت كردند كه افزودن مقدار كمي از گرافن مي‌تواند پايداري چرخه‌اي و توان باتري‌هاي يون ليتيم را به‌شدت افزايش دهد، اين در حالي است كه اين مسئله تأثيري روي ظرفيت ذخيره‌سازي انرژي كه در اين باتري‌ها بالاست ـ ندارد. نتايج اين پروژه منجر به توليد باتري‌هايي مي شود كه مقدار زيادي انرژي را در خود ذخيره كرده، خيلي سريع شارژ مي‌شوند.
هم‌اكنون، باتري‌هاي تلفن همراه بين 2 تا 5 ساعت طول مي‌كشد تا كاملاً شارژ شوند؛ اما باتري‌هاي جديديكه حاوي گرافن است، مي‌تواند در كمتر از10 دقيقه شارژ شوند
http://img.tebyan.net/big/1390/06/6324325222312072221511471035350218107204224.gif
فيزيك ذرات پرانرژي
گرافن ماده‌اي است كه پژوهشگران مركز تحقيقاتيCERN رانيز خشنود خواهد كرد. زيرا استفاده از اين ماده، مطالعه ذرات كوانتومي در سرعت‌هاي بالا را ساده‌تر خواهد كرد. با توجه به اينكه گرافن فقط دو بعد دارد، الكترونها مي‌توانند تقريباً بدون وجود مقاومت در ساختار مشبك آن حركت كنند.
اظهارات متخصصان و پژوهشگران حاكي از آن است كه محصولات گرافني تا صنعتي شدن فاصله زيادي ندارند. به هر حال، همگام با افزايش نيازهاي علمي و محاسباتي مواد جديدي پا به عرصه مي‌گذارند كه استفاده از آنها مي‌تواند بين عرضه و تقاضا تعادل ايجاد كند.
مشكلات گرافن
گرافن ماده اي است كه از ورقه هاي مسطح كربن ساخته مي شود و آرايش آن مثل لانه ي زنبور مي باشد. در اين ماده الكترونها مي توانند به صورت مجازي 100 برابر سريعتر از الكترونهاي حاضر در سيليكون حركت كنند به همين علت به طور بالقوه گرافن مي تواند كاربردهاي زيادي در صنايع الكترونيك داشته باشد. اين ماده در حال حاضر اصلي ترين رقيب سيليكون به شمار مي رود.
برخلاف سيليكون، گرافن فاقد باند گپ الكترونيكي است. باند گپ به محدوده انرژي گفته مي‌شود كه توسط الكترونها اشغال نشده و براي كاربردهاي الكترونيكي حائز اهميت است. ايجاد يك باندگپ در محدوده انرژي الكتروني گرافن يك پيش نياز ضروري براي به‌كارگيري گرافن در ترانزيستورها است.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/253109123140212149716222722622711410471180173.gif
به رغم موج فعلي پيشرفت، سرمايه‌گذاري و توجه رسانه‌اي، خيلي از پژوهشگران چنين اطميناني به گرافن ندارند. برخي از آنها مطمئنند كه گرافن همه خواصي را كه از آن انتظار مي‌رود، در خود ندارد.اين ماده به خودي خود، band gap را كه يك ويژگي حياتي براي كاربردهاي الكترونيكي است، ندارد. (به اين معني كه گرافن نمي‌تواند رسانايي الكتريكي را متوقف كند و «خاموش شود») بنابراين چون گرافن فاقد باند گپ است نمي‌توان از آن به‌عنوان سوئيچ كه براي كاربردهاي الكترونيكي لازم است، استفاده كرد. درحالي كه در سيليكون كليد روشن و خاموش (رسانش و عدم رسانش در جهات مختلف) بسيار دقيق عمل ميكند، يعني مقدار رسانش آن در حالت روشن، نسبت به خاموش آن بالاست. براي استفاده از گرافن در ترانزيستورها، بايد يك شكاف انرژي در طيف انرژي الكتروني آن ايجاد كرد. در اينجا مهندسان وارد عمل مي‌شوند. محققان دريافته‌اند كه فشارهاي محلي در ورقه گرافن مي‌تواند خواص هدايت آن را تغيير دهد. با تغيير فشار محلي، شكاف انتقال مي‌تواند ايجاد شود.
http://img.tebyan.net/big/1390/06/2232093106218251621524010413832109109168207.gif
در فيزيك حالت جامد، تئوري باند (band) راهي براي نشان دادن انرژي الكترونها در يك ماده‌ي داده شده است. در نيمه‌هادي‌ها فضاهاي بدون الكترون بين باندها (رسانش و ظرفيت)وجود دارند كه به آنها باند گپ (band gap) مي‌گويند. اگر آن گپ خيلي بزرگ يا خيلي كوچك نباشد، برخي از الكترونها مي‌توانند به داخل گپ بپرند و اين موضوع درجه‌ي بالاتري از كنترل الكترون در رابطه با رفتار الكتريكي آن ماده را مهيا خواهد كرد كه درنتيجه، خاموش و روشن كردن ترانزيستور آسان‌تر مي‌شود. روش‌هايي براي ايجاد باند گپ ارائه شده است اما هر يك مشكلاتي داشته‌اند. همان طوركه گفتيم محققان روشي ارائه كرده‌اند كه در عين ساده بودن قادر است شكاف‌هايي قابل تنظيم در ساختار گرافن ايجاد كند.
اين ماده به خودي خود، band gap را كه يك ويژگي حياتي براي كاربردهاي الكترونيكي است، ندارد
براي اين منظور محققان وارد عمل شدند. آنها دريافتند كه فشارهاي منطقه‌اي در گرافن مي‌تواند خواص هدايت را در اين ماده تغيير دهد. با تغيير اين فشارها، باند گپ گرافن دستخوش تغيير مي‌گردد. مهندسي فشار، يكي از راهبردهاي رايج در صنعت نيمه‌هادي‌ها است. در حال حاضر راه‌هاي متعددي براي ايجاد يك فشار قابل كنترل به گرافن شناخته شده است. برخي از اين راه‌ها عبارتند از، مورفولوژي‌هاي فشار مانند چروك‌ها در گرافن تميز معلق در يك محلول، بالون‌هاي گرافني روي بستر الگودار و سوپر شبكه‌هاي فشاري گرافني روي بستر شبكه‌اي نامنطبق.
مشكل ديگردانشمندان اين است كه اين خواص «جادويي» تنها در مقياس خيلي كوچك ديده شده‌اند. در نتيجه به رغم اينكه گرافن در مقياس كوچك خيلي محكم‌تر از فولاد تقويت شده است، بايد در مورد ادعاهايمان محتاط باشيم. بايد محدوديت‌هاي گرافن را درك كنيم. و در تلاش باشيم تا كاربردهاي خاصي رابيابيم تا بتوانيم از آن خواص استفاده كنيم.