ग्राफीन: यह क्या है, अनुप्रयोग, संरचना और गुण

ग्राफीन एक नैनोमटेरियल है जो केवल कार्बन से बना होता है, जिसमें परमाणु एक साथ जुड़कर हेक्सागोनल संरचनाएं बनाते हैं।

यह ज्ञात सर्वोत्तम क्रिस्टल है और इसके गुण इसे अत्यधिक वांछनीय बनाते हैं। यह सामग्री हल्की, विद्युत प्रवाहकीय, कठोर और जलरोधक है।

ग्राफीन की प्रयोज्यता कई क्षेत्रों में है। सबसे प्रसिद्ध हैं: सिविल निर्माण, ऊर्जा, दूरसंचार, चिकित्सा और इलेक्ट्रॉनिक्स।

इसकी खोज के बाद से, ग्रैफेन अनुसंधान रुचि का केंद्र बना हुआ है। इस सामग्री के लिए आवेदनों का अध्ययन संस्थानों और लाखों यूरो के निवेश को जुटाता है। इसलिए दुनिया भर के वैज्ञानिक बड़े पैमाने पर इसका उत्पादन करने के लिए एक सस्ता तरीका विकसित करने की कोशिश करते रहते हैं।

समझें कि ग्रैफेन क्या है

ग्राफीन कार्बन का एक एलोट्रोपिक रूप है, जहां इस तत्व के परमाणुओं की व्यवस्था एक पतली परत बनाती है।

यह अलॉट्रोप द्वि-आयामी है, यानी इसके केवल दो माप हैं: चौड़ाई और ऊंचाई।

इस सामग्री के आकार का अंदाजा लगाने के लिए, कागज की एक शीट की मोटाई ग्राफीन की 3 मिलियन परतों के सुपरपोजिशन से मेल खाती है।

यद्यपि यह मनुष्य द्वारा पृथक और पहचाना गया सबसे पतला पदार्थ है, इसका आयाम नैनोमीटर के क्रम में है। यह हल्का और मजबूत है, तांबे और सिलिकॉन जैसी धातुओं की तुलना में बिजली का बेहतर संचालन करने में सक्षम है।

ग्राफीन की संरचना में कार्बन परमाणु जो व्यवस्था करते हैं, उससे यह बहुत ही रोचक और वांछनीय विशेषताओं को पाया जा सकता है।

ग्राफीन अनुप्रयोग

दुनिया भर में कई कंपनियां और शोध समूह ग्रैफेन के अनुप्रयोगों से जुड़े काम के परिणाम प्रकाशित कर रहे हैं। मुख्य नीचे देखें।

पेय जल	ग्राफीन से बनी झिल्ली समुद्री जल को विलवणीकरण और शुद्ध करने में सक्षम है।
सीओ उत्सर्जन2	ग्रैफेन फिल्टर सीओ उत्सर्जन को कम करने में सक्षम हैं2 उद्योगों और व्यवसायों द्वारा उत्पन्न गैसों को अलग करके जिन्हें अस्वीकार कर दिया जाएगा।
रोग का पता लगाना	बहुत तेज़ बायोमेडिकल सेंसर ग्रैफेन पर आधारित होते हैं और बीमारियों, वायरस और अन्य विषाक्त पदार्थों का पता लगा सकते हैं।
निर्माण	कंक्रीट और एल्यूमीनियम जैसी निर्माण सामग्री को ग्रेफीन के अतिरिक्त हल्का और मजबूत बनाया जाता है।
सुंदरता	ग्रेफीन का छिड़काव करके बालों को रंगना, जिसकी अवधि लगभग 30 वॉश होगी।
सूक्ष्म उपकरण	ग्रेफीन द्वारा सिलिकॉन के प्रतिस्थापन के कारण चिप्स और भी छोटे और मजबूत होते हैं।
ऊर्जा	ग्राफीन के उपयोग से सौर कोशिकाओं में बेहतर लचीलापन, अधिक पारदर्शिता और कम उत्पादन लागत होती है।
इलेक्ट्रानिक्स	बेहतर और तेज ऊर्जा भंडारण वाली बैटरियां 15 मिनट तक में रिचार्ज कर सकती हैं।
चलना फिरना	बाइक में ग्रैफेन का उपयोग करके 350 ग्राम वजन वाले मजबूत टायर और फ्रेम हो सकते हैं।

ग्राफीन संरचना

ग्राफीन की संरचना हेक्सागोन्स में जुड़े कार्बन के एक नेटवर्क से बनी होती है।

कार्बन नाभिक 6 प्रोटॉन और 6 न्यूट्रॉन से बना है। परमाणु के 6 इलेक्ट्रॉनों को दो परतों में वितरित किया जाता है।

पर संयोजकता परत 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं, इस खोल में 8 तक होते हैं। इसलिए, कार्बन को स्थिरता प्राप्त करने के लिए, उसे 4 कनेक्शन बनाने होंगे और एक उत्कृष्ट गैस के इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन तक पहुंचना होगा, जैसा कि ऑक्टेट नियम में कहा गया है।

ग्राफीन बंध में परमाणुओं द्वारा atoms सहसंयोजी आबंधयानी इलेक्ट्रॉनों का बंटवारा होता है।

ग्राफीन संरचना

कार्बन-कार्बन बांड प्रकृति में पाए जाने वाले सबसे मजबूत बंधन हैं और प्रत्येक कार्बन संरचना में अन्य 3 से जुड़ता है। इसलिए, परमाणु का संकरण है sp², जो 2 सिंगल और एक डबल बॉन्ड से मेल खाती है।

सपा संकरण² ग्राफीन में कार्बन

4 कार्बन इलेक्ट्रॉनों में से तीन पड़ोसी परमाणुओं के साथ साझा किए जाते हैं और एक, जो बंधन बनाता है। उदाहरण के लिए, ग्राफीन को बिजली का एक अच्छा संवाहक बनने में मदद करता है क्योंकि इसमें सामग्री में अधिक "स्वतंत्रता" होती है।

ग्राफीन गुण

रोशनी	एक वर्ग मीटर का वजन सिर्फ 0.77 मिलीग्राम होता है। एक ग्राफीन एयरजेल हवा से लगभग 12 गुना हल्का होता है।
लचीला	यह अपनी लंबाई का 25% तक विस्तार कर सकता है।
कंडक्टर	इसका वर्तमान घनत्व तांबे से अधिक है।
टिकाऊ	यह ठंड में फैलता है और गर्मी में सिकुड़ता है। अधिकांश पदार्थ विपरीत तरीके से कार्य करते हैं।
जलरोधक	कार्बन द्वारा बनाई गई जाली हीलियम परमाणु के पारित होने की अनुमति भी नहीं देती है।
प्रतिरोधी	स्टील से लगभग 200 गुना ज्यादा मजबूत।
पारदर्शी	केवल 2.3% प्रकाश को अवशोषित करता है।
पतला	मानव बाल की तुलना में एक लाख गुना पतला। इसकी मोटाई केवल एक परमाणु है।
मुश्किल	ज्ञात सबसे कठोर पदार्थ, हीरे से भी अधिक।

ग्राफीन का इतिहास और खोज

ग्रैफेन शब्द का पहली बार 1987 में उपयोग किया गया था, लेकिन केवल 1994 में União de Quimica Pure and Applied द्वारा आधिकारिक तौर पर मान्यता प्राप्त थी।

यह पद. के जंक्शन से उत्पन्न हुआ सीसा प्रत्यय -ईन के साथ, पदार्थ के दोहरे बंधन का जिक्र करते हुए।

1950 के दशक से, लिनुस पॉलिंग ने अपनी कक्षाओं में कार्बन की एक पतली परत के अस्तित्व के बारे में बात की, जो हेक्सागोनल रिंगों से बनी होती है। फिलिप रसेल वालेस ने भी वर्षों पहले इस संरचना के कुछ महत्वपूर्ण गुणों का वर्णन किया था।

हालांकि, हाल ही में, 2004 में, मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में भौतिकविदों आंद्रे गीम और कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव द्वारा ग्रैफेन को अलग किया गया था और इसे गहराई से जाना जा सकता है।

वे ग्रेफाइट का अध्ययन कर रहे थे और यांत्रिक एक्सफोलिएशन की तकनीक का उपयोग करके वे चिपकने वाली टेप का उपयोग करके सामग्री की एक परत को अलग करने में कामयाब रहे। इस उपलब्धि ने इस जोड़ी को 2010 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया।

ब्राजील के लिए ग्राफीन का महत्व

ब्राजील में प्राकृतिक ग्रेफाइट का सबसे बड़ा भंडार है, एक ऐसी सामग्री जिसमें ग्रेफीन होता है। ग्रेफाइट प्राकृतिक भंडार दुनिया के कुल का 45% तक पहुंचता है।

यद्यपि ग्रेफाइट की घटना पूरे ब्राजील के क्षेत्र में देखी जाती है, शोषित भंडार मिनस गेरैस, सेरा और बाहिया में पाए जाते हैं।

प्रचुर मात्रा में कच्चे माल के साथ, ब्राजील भी इस क्षेत्र में अनुसंधान में निवेश करता है। ग्रैफेन के साथ अनुसंधान के लिए समर्पित लैटिन अमेरिका में पहली प्रयोगशाला ब्राजील में साओ पाउलो में यूनिवर्सिडेड प्रेस्बिटरियाना मैकेंज़ी में स्थित है, जिसे मैकग्राफ कहा जाता है।

ग्राफीन निर्माण

ग्रेफीन को कार्बाइड, हाइड्रोकार्बन, कार्बन नैनोट्यूब और ग्रेफाइट से तैयार किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध सबसे अधिक प्रारंभिक सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।

ग्राफीन के उत्पादन की मुख्य विधियाँ हैं:

• यांत्रिक सूक्ष्म छूटना: एक ग्रेफाइट क्रिस्टल में टेप का उपयोग करके ग्रेफीन की परतें हटा दी जाती हैं, जो सिलिकॉन ऑक्साइड युक्त सब्सट्रेट पर जमा हो जाती हैं।
• रासायनिक सूक्ष्म छूटना: अभिकर्मकों के जुड़ने से कार्बन बांड कमजोर हो जाते हैं, आंशिक रूप से नेटवर्क टूट जाता है।
• रासायनिक वाष्प निक्षेपन: धात्विक निकल सतह जैसे ठोस आधारों पर जमा ग्रेफीन परतों का निर्माण।

ग्राफीन की कीमत

औद्योगिक पैमाने पर ग्राफीन को संश्लेषित करने में कठिनाई का मतलब है कि इस सामग्री का मूल्य अभी भी बहुत अधिक है।

ग्रेफाइट की तुलना में इसकी कीमत हजारों गुना ज्यादा है। जहां 1 किलो ग्रेफाइट 1 डॉलर में बिकता है, वहीं 150 ग्राम ग्रेफीन 15,000 डॉलर में बेचा जाता है।

ग्राफीन के बारे में जिज्ञासा

• यूरोपीय संघ परियोजना, नाम ग्राफीन फ्लैगशिप, औद्योगिक पैमाने पर ग्राफीन, अनुप्रयोगों और उत्पादन विकास से संबंधित अनुसंधान के लिए लगभग 1.3 बिलियन यूरो निर्धारित किए गए हैं। इस परियोजना में 23 देशों के लगभग 150 संस्थान भाग लेते हैं।
• अंतरिक्ष यात्रा के लिए विकसित किए गए पहले सूटकेस में इसकी संरचना में ग्रैफेन होता है। इसका प्रक्षेपण 2033 के लिए निर्धारित है, जब नासा ने मंगल ग्रह पर अभियान चलाने की योजना बनाई है।
• बोरोफीन ग्राफीन का नया प्रतियोगी है। यह सामग्री 2015 में खोजी गई थी और इसे ग्रैफेन का एक बेहतर संस्करण माना जाता है, जो और भी लचीला, प्रतिरोधी और प्रवाहकीय होता है।

एनीमे में ग्राफीन

Enem 2018 टेस्ट में, के प्रश्नों में से एक one प्राकृतिक विज्ञान और इसकी प्रौद्योगिकियां ग्राफीन के बारे में था। इस मुद्दे के टिप्पणी समाधान के नीचे की जाँच करें।

ग्रैफेन कार्बन का एक एलोट्रोपिक रूप है जिसमें कॉम्पैक्ट कार्बन परमाणुओं की एक प्लानर शीट (द्वि-आयामी सरणी) होती है जो केवल एक परमाणु मोटी होती है। इसकी संरचना षट्कोणीय है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

इस व्यवस्था में कार्बन परमाणुओं का संकरण होता है

ए) रैखिक ज्यामिति के सपा।
बी) स्पा² तलीय त्रिकोणीय ज्यामिति की।
सी) सपा³ रैखिक ज्यामिति के एसपी-संकरित कार्बन के साथ वैकल्पिक।
घ) स्पा³तलीय ज्यामिति का d.
ई) स्पा³घ² हेक्सागोनल प्लानर ज्यामिति के साथ।

सही विकल्प:बी) सपा² तलीय त्रिकोणीय ज्यामिति की।

विभिन्न सरल पदार्थों को बनाने की क्षमता के कारण कार्बन अपरूपता होती है।

क्योंकि इसकी संयोजकता कोश में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं, कार्बन टेट्रावैलेंट होता है, अर्थात यह 4 सहसंयोजक बंध बनाता है। ये बांड सिंगल, डबल या ट्रिपल हो सकते हैं।

कार्बन द्वारा बनाए गए बंधों के आधार पर, अणु की स्थानिक संरचना उस व्यवस्था में बदल जाती है जो परमाणुओं को सर्वोत्तम रूप से समायोजित करती है।

संकरण तब होता है जब कक्षकों का संयोजन होता है, और कार्बन के लिए यह हो सकता है: sp, sp² और स्पा³, कॉल के प्रकार पर निर्भर करता है।

हाइब्रिड ऑर्बिटल्स की संख्या सिग्मा (σ) बॉन्ड का योग है जो कार्बन बनाता है, क्योंकि बॉन्ड हाइब्रिड नहीं करता है।

• सपा: २ सिग्मा लिंक
• एसपी²: ३ सिग्मा लिंक
• एसपी³: 4 सिग्मा लिंक

गेंदों और छड़ियों में ग्रैफेन एलोट्रोप का प्रतिनिधित्व, जैसा कि प्रश्न में चित्र में दिखाया गया है, पदार्थ के सच्चे बंधनों को प्रदर्शित नहीं करता है।

लेकिन अगर हम छवि के एक हिस्से को देखते हैं, तो हम देखते हैं कि एक कार्बन है, जो एक गेंद का प्रतिनिधित्व करता है, तीन अन्य कार्बन से जुड़कर एक त्रिकोण जैसी संरचना बनाता है।

यदि कार्बन को 4 बंधों की आवश्यकता है और वह 3 अन्य कार्बन से बंधा हुआ है, तो उनमें से एक बंधन दोगुना है।

क्योंकि इसमें एक डबल और दो सिंगल बॉन्ड हैं, ग्रैफेन में एसपी संकरण है² और, फलस्वरूप, त्रिकोणीय तलीय ज्यामिति।

कार्बन के अन्य ज्ञात एलोट्रोपिक रूप हैं: ग्रेफाइट, हीरा, फुलरीन और नैनोट्यूब। यद्यपि वे सभी कार्बन से बने होते हैं, लेकिन एलोट्रोप्स में अलग-अलग गुण होते हैं, जो उनकी विभिन्न संरचनाओं से उत्पन्न होते हैं।

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