Grafen materiał XXI wieku!?



Podobne dokumenty
Grafen materiał XXI wieku!?

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

Oddziaływanie grafenu z metalami

Badania wybranych nanostruktur SnO 2 w aspekcie zastosowań sensorowych

Grafen perspektywy zastosowań

Wykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å

Fotowoltaika i sensory w proekologicznym rozwoju Małopolski

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL INSTYTUT FIZYKI POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL

Włókna z cieczowym rdzeniem oraz włókna plastykowe. Liquid-Core and Polymer Optical Fibers

h λ= mv h - stała Plancka (4.14x10-15 ev s)

The role of band structure in electron transfer kinetics at low dimensional carbons

1. Nanocząstki półprzewodnikowe do zastosowań fotowoltaicznych. Dlaczego nanocząstki półprzewodnikowe? Jaki problem chcemy rozwiązać?

Grafen i jego własności

Nanofizyka co wiemy, a czego jeszcze szukamy?

MATERIAŁY I WIELOWARSTWOWE STRUKTURY OPTYCZNE DO ZASTOSOWAŃ W FOTOWOLTAICE ORGANICZNEJ (WYBRANE ZAGADNIENIA MODELOWANIA, POMIARÓW I REALIZACJI)

GRAFEN. Prof. dr hab. A. Jeleński. Instytut Technologii MateriałówElektronicznych Ul.Wólczyńska Warszawa

Marcin Sikora. Temat 1: Obserwacja procesów przemagnesowania w tlenkowych nanostrukturach spintronicznych przy użyciu metod synchrotronowych

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

dr inż. Beata Brożek-Pluska SERS La boratorium La serowej

Pytania z przedmiotu Inżynieria materiałowa

Optotelekomunikacja. dr inż. Piotr Stępczak 1

MIĘDZYUCZELNIANE CENTRUM. Projekt realizowany przez Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu

Cząsteczki i światło. Jacek Waluk. Instytut Chemii Fizycznej PAN Kasprzaka 44/52, Warszawa

Politechnika Wrocławska Wydział Podstawowych Problemów Techniki

Marek Lipiński WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH WARSTW I OBSZARÓW PRZYPOWIERZCHNIOWYCH NA PARAMETRY UŻYTKOWE KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Grafen: medyczny materiał przyszłości? Dr n. med. Dariusz Biały

SPIS TREŚCI WPROWADZENIE Podział biomateriałów Biomateriały w medycynie regeneracyjnej Cementy kostne...

Leszek Stobiński kierownik laboratorium

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 1W, 1Ćw PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

dr Rafał Szukiewicz WROCŁAWSKIE CENTRUM BADAŃ EIT+ WYDZIAŁ FIZYKI I ASTRONOMI UWr

Własności optyczne półprzewodników

Teoria pasmowa ciał stałych

Laboratorium Badania Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu ELEKTROTECHNIKA (Nazwa kierunku studiów)

Laboratorium nanotechnologii

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

Wysokowydajne falowodowe źródło skorelowanych par fotonów

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

Optyka kwantowa wprowadzenie. Początki modelu fotonowego Detekcja pojedynczych fotonów Podstawowe zagadnienia optyki kwantowej

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO


Projekt NCN DEC-2013/09/D/ST8/ Kierownik: dr inż. Marcin Kochanowicz

Widmo fal elektromagnetycznych

Kinetyka krystalizacji szkieł tlenkowo-fluorkowych. Marta Kasprzyk Akademia Górniczo-Hutnicza im.stanisława Staszica w Krakowie

Doktorantka: Żaneta Lewandowska

Metody optyczne w badaniach półprzewodników Przykładami różnymi zilustrowane. Piotr Perlin Instytut Wysokich Ciśnień PAN

Czym jest prąd elektryczny

Badania własności optycznych grafenu

ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

FIZYKA MOLEKULARNA I CIEPŁO

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

UNIWERSYTET MARII CURIE-SKŁODOWSKIEJ W LUBLINIE

Liniowe i nieliniowe własciwości optyczne chromoforów organiczych. Summer 2012, W_11

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Wytwarzanie i charakterystyka porowatych powłok zawierających miedź na podłożu tytanowym, z wykorzystaniem plazmowego utleniania elektrolitycznego

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

POLITECHNIKA ŚLĄSKA Gliwice, ul. Krzywoustego 2, tel (032) ,

Program studiów II stopnia dla studentów kierunku chemia od roku akademickiego 2015/16

Fale elektromagnetyczne w medycynie i technice

IV. Transmisja. /~bezet

AFM. Mikroskopia sił atomowych

Optyczny dualizm przestrzenno-czasowy: zastosowania w optyce kwantowej

Nowości w kształceniu studentów PWr na kierunkach Fizyka i Fizyka techniczna

Pomiar tłumienności światłowodów włóknistych

Zespolona funkcja dielektryczna metalu

Aparatura do osadzania warstw metodami:

Grafen. Poprzednio. Poprzednio

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

Załącznik nr 1. Projekty struktur falowodowych

Oddziaływanie promieniowania X z materią. Podstawowe mechanizmy

Wykorzystanie Grafenu do walki z nowotworami. Kacper Kołodziej, Jan Balcerak, Justyna Kończewska

Organiczne ogniwa słonecznes. Ogniwa półprzewodnikowe. p przewodnikowe zasada ania. Charakterystyki fotoogniwa

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

Własności optyczne półprzewodników

Synteza i charakterystyka fizykochemiczna nanocząstek oraz ich monowarstw

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Nanowłókna krzemowe (włókna o średnicy poniżej długości fali) oraz włókna chiralne. Silica Nanofibres (Subwavelength-Diameter) and Chiral Fibres

Program studiów II stopnia dla studentów kierunku chemia od roku akademickiego 2016/2017. Semestr 1M

Techniki analityczne. Podział technik analitycznych. Metody spektroskopowe. Spektroskopia elektronowa

SKUTECZNOŚĆ IZOLACJI JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

Wykaz ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki(stare ćwiczenia)

MIKROSKOPIA ELEKTRONOWA. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Podstawy fizyki wykład 2

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Transkrypt:

Grafen materiał XXI wieku!? Badania grafenu w aspekcie jego zastosowań w fotowoltaice, sensoryce i metrologii Tadeusz Pustelny

Plan prezentacji: 1. Wybrane właściwości fizyczne grafenu 2. Grafen materiał 21-go wieku? 3. Sensory na bazie grafenu 4. Badania własne grafenu wybrane przykłady 5. Podsumowanie

Masowy udział pierwiastków w Ziemi:

Najważniejsze właściwości fizyczne grafenu: - sieć krystaliczna dwuwymiarowa: a = 0.142 nm; - największy stosunek powierzchni do objętości; - bardzo dobra przewodność ciepła: (4800-5300 W/mK); - niewielka rezystancja; - bardzo wysoka ruchliwość elektronów: μ = 200 000 cm²/vs; - bardzo wysoka prędkość przepływu elektronów: 1/300 c; - niemal całkowita przezroczystość optyczna; - nieprzezroczystość dla transmisji cząsteczkowej; - niezwykle wysoka wytrzymałość mechaniczna: γ 1TPa; - kwantowy efekt Halla.

Struktura grafenu Struktura pasmowa grafenu jednowarstwowego Struktura grafenu: a) jednowarstwowego; b) dwuwarstwowego symetrycznego c) dwuwarstwowego niesymetrycznego [1]

Kwantowy efekt Halla Kwantowy efekt Halla (B = 14T, T = 4K) [2]

Techniki badania i obrazowania warstw grafenu: - mikroskopia optyczna; - mikroskopia sił atomowych AFM; - skaningowa mikroskopia elektronowa SEM; - transmisyjna mikroskopia elektronowa TEM; - spektroskopia Ramana; - rentgenowska spektroskopia fluorescencyjna XFS; - spektroskopia AES; - spektroskopia zaniku fotoluminescencji; - spektroskopia plazmonów powierzchniowych; - techniki interferencyjne (w tym: Michelsona oraz Fabry-Perot a).

Mikroskopia Sił Atomowych AFM Obrazy AFM: struktura grafenu na 6H-SiC(0001) po wygrzaniu w Ar w T=1650 C, p = 900 mbar

Mikroskopia Sił Atomowych AFM Obrazy AFM: a) oraz c) struktury tlenku grafenu oraz b) oraz d) struktury chemicznie redukowane

Transmisyjna Mikroskopia Elektronowa TEM Obrazy pojedynczej warstwy grafenu otrzymane metodą TEM [6]

Spektroskopia Ramana Widma ramanowskie warstw grafenowych [6]

Możliwości zastosowania grafenu w fotonice Analiza teoretyczna domieszkowanych warstw grafenu oraz badania eksperymentalne sugerują, że zostanie on wykorzystany w: - przezroczystych elektrodach; - fotodetektorach; - ekranach dotykowych; - elementach świecących; - elementach fotowoltaicznych; - filtrach optycznych; - ogranicznikach mocy optycznej; - elementach układów terahercowych.

Struktury fotoelektryczne Fotosensor w układzie: metal-tlenek grafenu [11] Wysoka przewodnośc elektryczna i dobra przepuszczalność optyczna są podstawą fotoprzewodzących sensorów i baterii słonecznych.

Bateria słoneczne Bateria słoneczne w strukturze z zastosowaniem grafenu: a): złoto/struktira S + /Si - /Grafen c): charkterystyka prądowo-napięciowa) [1].

Bateria słoneczne Bateria słoneczna: nieorganiczna i organiczna [11]

Sensory na bazie grafenu - sensory gazów - biosensory - sensory pola elektrycznego - sensory pola magnetycznego - sensory własności mechanicznych

Sensory gazów Zasada działania sensorów z warstwą grafenu (oraz zredukowanego tlenku grafenu): - zmiany przewodności elektrycznej; - zmiany pojemności elektrycznej; - wpływ absorpcji molekuł gazów na właściwości struktury FET; - zmiany warunków propagacji akustycznej fali powierzchniowej; - zmiany warunków propagacji fali (modu) optycznego; - zmiany właściwości fizycznych rezonatora kwarcowego QCM;

Rezystancyjne sensory gazów na bazie grafenu Rezystancyjny sensor gazy na bazie grafenu a. - praktyczna realizacja; b. - idea sensora rezystancyjnego;

Sensory gazów Zmiany oporności pod działaniem różnych gazów o stężeniu 1ppm [7] - NH 3 oraz CO domieszkowanie donorowe; - H 2 O oraz NO 2 domieszkowanie akceptorowe.

Sensory gazów Sensor rezystancyjny na bazie tlenku grafenu: a) sensor NO 2 ; b) sensor NH 3 [ 12 ]

Sensory gazów Tranzystorowa struktura sensorowa na bazie grafenu Charakterystyki sensorowe na działanie NH 3 [ 10 ]

Sensory gazów cd. Tranzystorowa struktura sensorowa na bazie grafenu Sensor rezystancyjny w układzie Pt/Grafen

Sensory gazów badania własne Rezystancyjne sensory gazów na bazie grafenu badania własne

Sensory gazów u konfiguracji z ASW badania własne Sensor z akustyczną falą powierzchniową - efekt akustoelektryczny; - zmiany obciążenia masowego falowodu.

Sensory pola magnetycznego Grafenowa struktura Halla (Rozmiar poprzeczny sondy Halla 1um) [12] - miniaturowe rozmiary; - bardzo wysokie częstotliwości pracy 10GHz; - duża czułość;

Badania własne grafenu wybrane przykłady Możliwości badawcze Katedry Optoelektroniki Politechniki Ślaskiej: - badania topografii powierzchni metodami mikroskopii optycznej; - badania topografii powierzchni metodami mikroskopii sił atomowych; - badania topografii metodami mikroskopii konfokalnej; - badania topografii metodami mikroskopii w polu bliskim; - badania składu chemicznego metodami spektroskopii ramanowskiej; - badania właściwości optycznych warstw metodali elipsometrii spektralnej; - badania właściwości optycznych warstw metodali propagacji modowej; - badania właściwości optycznych warstw metodali spktroskopii transmisyjnej; - badania właściwości elektrycznych grafenu metodami spektroskopii plazmonowej.

Badania propagacji modów w strukturze falowodwej z warstwą grafenu badania własne Stanowisko do wyznaczania charakterystyk modowych

Badania propagacji modów w strukturze falowodowej z warstwą grafenu badania własne Światło rozproszone dla obu polaryzacji światłowód planarny pokryty grafenem ( na zdjęciu fragment skali milimetrowej )

Badania transmisji światła w układzie szkło-grafen badania własne 104 102 x5 100 98 szklo 96 grafen 94 400 500 600 700 800 900 dlugosc fali [nm] Transmisja światła przy prostopadłym padaniu na grafen Pojedyncza warstwa grafenu absorbuje 2,3% przechodzącego światła w zakresie 300-2500 nm.

Badania właściwości optycznych warstw grafenu metodą elipsometrii spektralnej badania własne Współczynniki: załamania n oraz absorpcji grafenu na SiC

Badania topografii grafenu metodą AFM badania własne

Badania topografii grafenu metodą AFM badania własne

Badania topografii grafenu metodą AFM badania własne

Badania topografii grafenu metodą AFM badania własne

Refleksja końcowa Wyniki badań wskazują, że grafen jest materiałem niezwykle atrakcyjnym dla: - elektroniki; - optoelektroniki; - sensorów chemicznych i biochemicznych; - sensorów pola magnetycznego; - sensorów pola elektrycznego; - sensorów naprężeń; - sensorów drgań; - inżynierii materiałowej (w materiałach kompozytowych);

Literatura [1] V. Singh et al., Graphene based materials: Past, present and future, Progress in Materials Science, vol. 56, p. 1178, 2011. [2] E. W. Hill et al., Graphene Sensors, IEEE Sensors Journal, vol. 11, no. 12, p. 3161, 2011. [3] P. Blake et al., Making graphene visible, Appl. Phys. Lett., vol. 91,no. 6, p. 063124, 2007. [4] A. N. Obraztsov et al., Raman scattering characterization of CVD graphite films, Carbon, vol. 46, no. 6, p. 963, 2008. [5] C. Chen et al., Performance of monolayer graphene nanomechanical resonators with electrical readout, Nat. Nano, vol. 4, no. 12, p. 861, 2009. [6] T. J. Booth et al., Macroscopic graphene membranes and their extraordinary stiffness, Nano Lett., vol. 8, no. 8, p. 2442, 2008. [7] Z.-B. Liu et al.,. J Phys Chem B, vol. 113, p. 9681, 2009. [8] L.M. Veca et al.. Chem Commun, p. 2565, 2009. [9] C.-H. Lu et al., A graphene platform for sensing biomolecules, Angew Chem Int Ed, vol.48, p. 4785, 2009. [10] A. Sinitskii et al., Graphene nanoribbon devices produced by oxidative unzipping of carbon nanotubes, ACS Nano, vol. 4, p. 5405, 2010. [11] J.H. Lee Eduardo et al., Contact and edge effects in graphene devices, Nat Nanotechnol, vol. 3, p. 486, 2008. [12] I. Jung et al., Tunable electrical conductivity of individual graphene oxide sheets reduced at low temperatures, Nano Lett, vol. 8, p. 4283, 2008.

DZIĘKUJĘ KATEDRA OPTOELEKTRONIKI