Graphene - μια τεχνολογική επανάσταση. Σύνθεση γραφενίου

Ο γραφενίου είναι ένας δισδιάστατος κρύσταλλος που σχηματίζεται από δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα, με εξάγωνα που σχηματίζουν κάτι όπως ένα συρματόπλεγμα ή ένα πλέγμα στόχου. Είναι, επομένως, ένα άλλο συνθετικό αλλότροπο άνθρακα, που προέρχεται από έναν από τους φυσικούς αλλοτρόπους του, τον γραφίτη, τον ίδιο που χρησιμοποιείται στα μολύβια για τη γραφή. Αυτό το υλικό έχει εξαιρετικές ιδιότητες, όπως αυτά που εμφανίζονται παρακάτω:

• é πολύ ωραία - έχει πάχος ατόμου.

• é εξαιρετικά ανθεκτικό - είναι περίπου 200 φορές ισχυρότερο από το χάλυβα και ισχυρότερο από το διαμάντι, στις αναλογίες του.

• é εύκαμπτος;

Το Graphene είναι ένα ελαφρύ, εύκαμπτο, πολύ ανθεκτικό και διαφανές υλικό

• έχει υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα - η ηλεκτρική αγωγιμότητά του είναι 100 φορές γρηγορότερα από το χαλκό, που είναι ο πιο χρησιμοποιημένος αγωγός στον κόσμο. Οι αρχικές μελέτες έδειξαν ότι η ταχύτητα των ηλεκτρονίων στο γραφένιο είναι 1000 km / s (60 φορές πιο γρήγορα από το πυρίτιο, που είναι το στοιχείο που χρησιμοποιείται σήμερα σε ημιαγωγούς, τρανζίστορ για

  μάρκες, ηλιακά στοιχεία και πλήθος ηλεκτρονικών κυκλωμάτων) και μπορούν να φτάσουν σε ταχύτητα 3000 km / s με πολύ καλή ποιότητα αυτού του κρυστάλλου.

• é αδιάβροχο - είναι σε θέση να μπλοκάρει ακόμη και το ήλιο, ένα εξαιρετικά ελαφρύ αέριο ·

• έχει υψηλή σκληρότητα;

• é πολύ ελαφρύ και λεπτό, όπως οι ίνες άνθρακα, αλλά πιο ευέλικτες. Με 1,0 γραμμάριο γραφενίου, είναι δυνατή η κάλυψη επιφάνειας 2700 m²;

• έχει μικρότερο αποτέλεσμα Joule - χάνει λιγότερη ενέργεια με τη μορφή θερμότητας μέσω αγωγής ηλεκτρόνια.

• é διαφανής - μεταδίδει το 97,5% του φωτός.

• é φθηνό - η πρώτη ύλη του είναι άφθονη (το γραφένιο μπορεί να προέρχεται από οποιοδήποτε υλικό άνθρακα).

• μπορεί να επιδιορθωθεί μόνος του-αν.

Οι ιδιότητες αυτού του υλικού άρχισαν να μελετώνται περαιτέρω και να αποκαλύπτονται το 2004 από τους επιστήμονες Andre Geim και Konstantin Novoselov, από Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, οπότε έλαβε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2010. Αυτοί έλαβε γραφένιο κατά τον καθαρισμό της επιφάνειας ενός χαρτονιού γραφίτη, σταδιακά το φορούσε με κολλητική ταινία.. Όταν ανέλυσαν το υπόλειμμα γραφίτη που παρέμεινε στην ταινία κάτω από ατομικό μικροσκόπιο, είδαν ότι αυτά τα υπολείμματα διατηρούσαν το εξαγωνική κρυσταλλική δομή γραφίτη και η οποία είχε επίσης μια περίεργη συμμετρική διάταξη ηλεκτρονίων που αύξησαν τα αγώγιμο. Στο γραφένιο, τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται σαν να μην είχαν μάζα. Οι δοκιμές έδειξαν ότι λειτούργησε πολύ καλά ως τρανζίστορ.

Ο Andre Geim και ο Konstantin Novoselov κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2010 για ανακαλύψεις που σχετίζονται με γραφένιο *

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)

Όπως φαίνεται στο κείμενο αλλοτροπία άνθρακα, ο γραφίτης σχηματίζεται από πλάκες ή στρώματα εξαγώνων που έλκονται μεταξύ τους στο διάστημα. Το Graphene σχηματίζεται από μία μόνο από αυτές τις πλάκες, με νανομετρικές αναλογίες (1 νανομέτρο ισούται με το ένα δισεκατομμύριο μέρος του μέτρου (10^-9 Μ)). Εσείς νανοσωλήνες άνθρακα είναι τυλιγμένα γραφένια. Η άλλη συνθετική αλλοτροπική μορφή του άνθρακα, το C₆₀ (κουταλοσουλφενίνη), είναι σαν το γραφένιο διπλωμένο στο σχήμα μιας μπάλας ποδοσφαίρου.

Δομές αλλοτροπών άνθρακα - γραφένιο, γραφίτης, C-60 και νανοσωλήνας άνθρακα

Έτσι, αφού όλες οι αναφερόμενες ιδιότητες βρέθηκαν σε ένα μόνο υλικό, η έρευνα σχετικά με τις δυνατότητες χρήσης γραφενίου έχουν αξιοποιηθεί, υπόσχεται να είναι μια επανάσταση τεχνολογικός.

Μεταξύ των πιθανών εφαρμογές του γραφενίου που θα μπορούσε να αλλάξει τον κόσμο που γνωρίζουμε είναι:

• Εχειοθόνες εύκαμπτος που μπορεί να διπλωθεί. Ένα παράδειγμα είναι οι οθόνες του δισκίοs και smartphone που, όταν πέσουν, σπάνε. Το Graphene θα χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή α οθόνη αφής (οθόνη αφήςευέλικτο, διαφανές και άθραυστο. Θα αντικαταστήσει το ITO (οξείδιο του κασσιτέρου με πρόσμιξη ινδίου) που χρησιμοποιείται επί του παρόντος σε ευαίσθητες οθόνες.

• επιταχύνετε το Διαδίκτυο. Το Graphene έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να μετατρέψει οπτικές σε ηλεκτρικές πληροφορίες με ταχύτητα περίπου 100 φορές ταχύτερη από τους ηλεκτρικούς μετατροπείς.

• μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα ηλεκτρονικά για να διαλύσει τη θερμότητα;

• Στην παραγωγή αισθητήρων, καθώς το γραφένιο σχηματίζεται εξ ολοκλήρου από την επιφάνεια.

• Σε φωτονικές συσκευές;

• Στοβιομηχανία αεροδιαστημική, ναυτική, αυτοκινητοβιομηχανία και πολιτική;

• Στην παραγωγή του σύνθετα υλικά;

• Στοβιοϊατρική περιοχή, για παράδειγμα, για την κατασκευή ευέλικτων και ελαφρών προθέσεων, καθώς και εμφυτευμάτων.

• στις τηλεπικοινωνίες;

• Στην παραγωγή ενέργειας, όπως σε ηλιακούς συλλέκτες, κύτταρα υδρογόνου και μπαταρίες μεγάλης διάρκειας.

• Σε πιο ευαίσθητες κάμερες;

• Σε καλώδια υψηλής ταχύτητας;

• Σε πίνακες που απορροφούν ενέργεια.

Η Ευρωπαϊκή Κοινότητα ξεκίνησε ένα πρόγραμμα που θα διαθέσει ένα δισεκατομμύριο δολάρια για την έρευνα για το γραφένιο σε πολλές χώρες. Η έρευνα σχετικά με αυτό το υλικό στη Βραζιλία πραγματοποιείται κυρίως στην Universidade Presbiteriana Mackenzie, η οποία επένδυσε 30 εκατομμύρια reais για να δημιουργήσει το MackGrafe, ένα ερευνητικό κέντρο για το γραφένιο.

Απομένει να δούμε ποιες εφαρμογές του γραφενίου θα γίνουν πραγματικά πραγματικότητα στην κοινωνία μας.

* Η εικόνα προστατεύεται από πνευματικά δικαιώματα: rook76/Shutterstock.com

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία

Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Graphene - μια τεχνολογική επανάσταση". Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Πρόσβαση στις 28 Ιουνίου 2021.