Grafen - technologická revoluce. Složení grafenu

Ó grafen je dvourozměrný krystal tvořený vazbami mezi atomy uhlíku, s šestiúhelníky, které tvoří něco jako drátěné pletivo nebo brankové pletivo. Jedná se tedy o další syntetický alotrop uhlíku, pocházející z jednoho z jeho přírodních alotropů, grafitu, který se používá pro psaní tužkami. Tento materiál má mimořádné vlastnosti, jako jsou uvedeny níže:

• é velmi jemné - je to silný atom;

• é vysoce odolný - je přibližně 200krát silnější než ocel a silnější než diamant v jejích poměrech;

• é flexibilní;

Grafen je lehký, pružný, velmi odolný a průhledný materiál

• má vysokou tepelnou a elektrickou vodivost - jeho elektrická vodivost je 100krát rychlejší než měď, což je nejpoužívanější vodič na světě. Počáteční studie ukázaly, že rychlost elektronů v grafenu je 1000 km / s (60krát rychlejší než křemík, což je prvek aktuálně používaný v polovodičích, tranzistorech pro bramborové hranolky, solární články a velké množství elektronických obvodů) a při velmi dobré kvalitě tohoto krystalu může dosáhnout rychlosti 3000 km / s;

• é voděodolný - schopnost blokovat i helium, extrémně lehký plyn;

• má vysokou tvrdost;

• é velmi lehký a tenký, jako uhlíkové vlákno, ale pružnější. S 1,0 gramu grafenu, je možné pokrýt povrch 2700 m²;

• má menší Jouleův efekt - ztrácí méně energie ve formě tepla vedením elektronů;

• é transparentní - propouští 97,5% světla;

• é levné - jeho surovina je hojná (grafen může pocházet z jakéhokoli uhlíkového materiálu);

• mohou samy opravit-li.

Vlastnosti tohoto materiálu začali dále studovat a zveřejňovat v roce 2004 vědci Andre Geim a Konstantin Novoselov z University of Manchester, kteří proto obdrželi Nobelovu cenu za fyziku za rok 2010. Ony získaný grafen při čištění povrchu grafitové desky a postupné opotřebení lepicí páskou.. Když analyzovali zbytky grafitu, které zůstaly na pásku pod atomovým mikroskopem, zjistili, že tyto zbytky udržují hexagonální krystalová struktura grafitu a která měla také zvláštní symetrické uspořádání elektronů, které zvýšilo jejich vodivost. V grafenu se elektrony chovají, jako by neměly žádnou hmotnost. Testy ukázaly, že funguje velmi dobře jako tranzistor.

Andre Geim a Konstantin Novoselov získali v roce 2010 Nobelovu cenu za fyziku za objevy související s grafenem *

Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)

Jak je uvedeno v textu uhlíková allotropy, je grafit tvořen deskami nebo vrstvami šestiúhelníků, které jsou v prostoru navzájem přitahovány. Grafen je tvořen pouze jednou z těchto desek, která má nanometrické rozměry (1 nanometr se rovná miliardté části metru (10^-9 m)). Vy uhlíkové nanotrubice jsou to zabalené grafeny. Další syntetická alotropní forma uhlíku, C₆₀ (buckminterfullerene), je jako grafen složený do tvaru fotbalového míče.

Uhlíkové allotrope struktury - grafen, grafit, C-60 a uhlíková nanotrubice

Vzhledem k tomu, že všechny uvedené vlastnosti byly nalezeny v jediném materiálu, byl proveden výzkum o možnostech použití grafenu se využily a slibovaly revoluci technologický.

Mezi možnými aplikace grafenu, který by mohl změnit svět, o kterém víme, jsou:

• Má todispleje flexibilní které lze složit. Příkladem jsou obrazovky tabletas a chytré telefony které, když padnou, se rozbijí. Grafen by byl použit k výrobě a Dotyková obrazovka (Dotyková obrazovka), flexibilní, transparentní a nerozbitné. Nahradil by ITO (oxid cínu dopovaný indiem), který se v současnosti používá na citlivých obrazovkách;

• zrychlit internet. Ukázalo se, že grafen je schopen převádět optické na elektrické informace rychlostí přibližně stokrát vyšší než elektrické převaděče;

• může být použito v elektronice k odvádění tepla;

• Při výrobě senzorů, protože grafen je zcela tvořen povrchovou plochou;

• Ve fotonických zařízeních;

• Naprůmysl letecký, námořní, automobilový a civilní;

• Při výrobě kompozity;

• Nabiomedicínská oblastnapříklad k výrobě pružných a lehkých protéz i implantátů;

• v telekomunikacích;

• Při výrobě energie, jako jsou solární panely, vodíkové články a baterie s dlouhou životností;

• Na citlivějších fotoaparátech;

• Na vysokorychlostních kabelech;

• V obrazech, které absorbují energii.

Evropské společenství zahájilo program, který přidělí miliardu dolarů na výzkum grafenu v několika zemích. Výzkum tohoto materiálu v Brazílii se provádí hlavně na Universidade Presbiteriana Mackenzie, která investovala 30 milionů reais do vytvoření MackGrafe, výzkumné centrum pro grafen.

Uvidíme, které aplikace grafenu se ve skutečnosti v naší společnosti stanou realitou.

* Obrázek chráněný autorskými právy: rook76/Shutterstock.com

Autor: Jennifer Fogaça
Vystudoval chemii

Chcete odkazovat na tento text ve školní nebo akademické práci? Dívej se:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Graphene - technologická revoluce“; Brazilská škola. K dispozici v: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Zpřístupněno 28. června 2021.