Grafeen - tehnoloogiline revolutsioon. Grafeeni koostis

O grafeen on kahemõõtmeline kristall, mis on moodustatud süsinikuaatomite vaheliste sidemete abil, kusjuures kuusnurgad moodustavad umbes traatvõrgu või väravasilma. Seetõttu on see veel üks sünteetiline süsiniku allotroop, mis pärineb ühest selle looduslikust allotroopist, grafiidist, mida kasutatakse kirjutamiseks pliiatsites. Sellel materjalil on erakordsed omadused, nagu allpool näidatud:

• é väga hea - see on aatomi paks;

• é väga vastupidav - see on oma proportsioonides umbes 200 korda tugevam kui teras ja tugevam kui teemant;

• é paindlik;

Grafeen on kerge, paindlik, väga vastupidav ja läbipaistev materjal

• on kõrge soojus- ja elektrijuhtivusega - selle elektrijuhtivus on 100 korda kiiremini kui vask, mis on maailmas enim kasutatud dirigent. Esialgsed uuringud näitasid, et elektronide kiirus grafeenis on 1000 km / s (60 korda kiiremini kui räni, mis on element, mida praegu kasutatakse pooljuhtides, transistorides kiibid, päikesepatareid ja arvukalt elektroonilisi vooluringe) ja suudavad selle kristalli väga hea kvaliteediga saavutada kiiruse 3000 km / s;

• é veekindel - võime blokeerida isegi heeliumi, ülimalt kerget gaasi;

• on kõrge kõvadusega;

• é väga kerge ja õhuke, nagu süsinikkiud, kuid paindlikum. Koos 1,0 grammi grafeeni, on võimalik katta 2700 m suurune pind²;

• on vähem Joule-efekti - kaotab elektrone juhtides vähem energiat soojuse kujul;

• é läbipaistev - laseb läbi 97,5% valgusest;

• é odav - selle tooraine on rikkalik (grafeeni võib saada mis tahes süsinikmaterjalist);

• saab ise parandada-kui.

Selle materjali omadusi hakkasid 2004. aastal edasi uurima ja avalikustama teadlased Andre Geim ja Konstantin Novoselov Manchesteri ülikool, kes sai seetõttu 2010. aastal Nobeli füüsikapreemia. Nemad saadud grafeeni grafiitplaadi pinna puhastamisel, kandes seda järk-järgult kleeplindiga.. Analüüsides aatomimikroskoobi all lindile jäänud grafiidijääke, nägid nad, et need jäägid säilitasid grafiidi kuusnurkne kristallstruktuur ja millel oli ka omapärane sümmeetriline elektronide paigutus, mis suurendas nende arvu juhtivus. Grafeenis käituvad elektronid nii, nagu neil poleks massi. Testid näitasid, et see toimis transistorina väga hästi.

Grafeeniga seotud avastuste eest võitsid 2010. aasta Nobeli füüsikapreemia Andre Geim ja Konstantin Novoselov *

Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)

Nagu tekst näitab süsiniku allotroopia, moodustavad grafiidi plaadid või kuusnurkkihid, mis on kosmoses üksteise külge tõmmatud. Grafeeni moodustab ainult üks nendest plaatidest, millel on nanomeetrilised proportsioonid (1 nanomeeter võrdub miljardi meetri osaga (10^-9 m)). Sina süsinik nanotorud need on mähitud grafeenid. Süsiniku teine ​​sünteetiline allotroopne vorm, C₆₀ (buckminterfullerene), on nagu grafeen, mis on kokku pandud jalgpallikujuliseks.

Süsiniku allotroopide struktuurid - grafeen, grafiit, C-60 ja süsinik-nanotoru

Seega, kuna kõik mainitud omadused leiti ühest materjalist, siis uurimus umbes grafeeni kasutamise võimalused on võimendanud, lubades olla revolutsioon tehnoloogiline.

Võimalike hulgas rakendused grafeeni, mis võib teadaolevat maailma muuta, on:

• Sellel onkuvab paindlik mida saab kokku panna. Näiteks on tabletts ja nutitelefonid mis kukkudes purunevad. Grafeeni kasutataks a puuteekraan (puuteekraan), paindlik, läbipaistev ja purunematu. See asendaks praegu tundlikel ekraanidel kasutatava ITO (indiumiga legeeritud tinaoksiid);

• kiirendada internetti. On tõestatud, et grafeen suudab optilist muundada elektriteabeks umbes 100 korda kiiremini kui elektrimuundurid;

• saab kasutada elektroonikas soojuse hajutamiseks;

• Andurite tootmisel, kuna grafeen moodustub täielikult pinna järgi;

• Fotoonilistes seadmetes;

• Kelltööstuses lennundus-, mereväe-, auto- ja tsiviillennundus;

• Tootmisel komposiidid;

• Kellbiomeditsiiniline alanäiteks paindlike ja kergete proteeside ning implantaatide valmistamiseks;

• telekommunikatsioonis;

• Elektritootmises, näiteks päikesepaneelides, vesinikuelementides ja kauakestvates patareides;

• Tundlikumatel kaameratel;

• Kiirete kaablite peal;

• Energiat neelavatel maalidel.

Euroopa Ühendus on käivitanud programmi, mis eraldab miljard dollarit grafeeni uurimiseks mitmes riigis. Selle materjali uurimine Brasiilias toimub peamiselt Universidade Presbiteriana Mackenzie's, mis investeeris 30 miljonit reaali, et luua MackGrafe, grafeeni uurimiskeskus.

Jääb üle oodata, millised grafeeni rakendused meie ühiskonnas reaalsuseks saavad.

* Pilt on autoriõigusega kaitstud: rook76/Shutterstock.com

Autor Jennifer Fogaça
Lõpetanud keemia

Kas soovite sellele tekstile viidata koolis või akadeemilises töös? Vaata:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Grafeen - tehnoloogiline revolutsioon"; Brasiilia kool. Saadaval: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Juurdepääs 28. juunil 2021.