Напряжения в подвешенном графене

Структура графена

Составитель: Устинова Алеся

Введение

Графен (англ. Graphene) — слой атомов углерода, соединённых посредством sp² связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. По оценкам, графен обладает большой механической жёсткостью и хорошей теплопроводностью. [1]

Свойства графена

Гамак + кот

Для наглядности рассмотрим гипотетический гамак из графена площадью 1 м². Зная поверхностную плотность графена (0,77 мг/м²), нетрудно посчитать, что такой гамак имеет массу 0,77 миллиграмм. Несмотря на кажущуюся хрупкость, этот гамак спокойно выдержит взрослого кота (массой приблизительно 4 кг). И хотя из-за двумерности графена сравнивать его прочностные характеристики с другими 3D-материалами некорректно, для стального гамака такой же толщины «критическая» масса, приводящая к разрыву, была бы в 100 раз меньше. То есть графен на два порядка прочнее стали.

Коэффициент теплопроводности: (4840±440) — (5300±480) Вт/м К [2]

Как сделать подвешенный графен [3]

Графен, подвешенный между электродами и помещенный в магнитное поле

• в подложке кремния покрытой слоем диэлектрика SiO2 перед нанесением графена протравливались канавки шириной около 1 микрона. После осаждения графена с липкой ленты на эту подложку, приходилось искать удачно осаждённый графен на область с канавкой. Графен держался благодаря хорошей адгезии в местах контакта с диэлектриком в по обе стороны от канавки. [Bunch J. S., et. al. Electromechanical Resonators from Graphene Sheets Science 315, 490 (2007)]
• избавление от подложки [Meyer J. C. et. al. On the roughness of single- and bi-layer graphene membranes Solid State Comm. 143, 101 (2007)]
• вытравить диэлектрик под одноатомной плёнкой [Bolotin K. I. et. al. Ultrahigh electron mobility in suspended graphene Solid State Comm. 146, 351 (2008)]

Графен (верхний рисунок) — это 2D- (двумерный) строительный материал для других углеродных аллотропных модификаций. Он может быть свёрнут в 0D-фуллерен (слева), скручен в 1D-углеродную нанотрубку (в центре) или уложен в 3D-штабеля, образуя графит (справа).2

Публикации

• The University of Manchester, Condensed Matter Physics Group: publications

• Кузькин В.А., Кривцов А.М. Описание механических свойств графена с использованием частиц с вращательными степенями свободы // Доклады Академии Наук. 2011, том 440, № 4, c. 476-479. (Скачать pdf: Рус. 188 Kb, Eng. 172 Kb)

• И.Е. Беринский, А.М. Кривцов. Об использовании многочастичных межатомных потенциалов для расчета упругих характеристик графена и алмаза // Известия РАН. Механика твердого тела. 2010, № 6, с. 60-85. (Скачать pdf: Рус. 341 Kb, Eng. 608 Kb)

• А.М. Кривцов. Теоретическая механика. Упругие свойства одноатомных и двухатомных кристаллов: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. - 126 c.

См. также

• Шестиугольная кристаллическая решетка
• Графен: механические свойства