גרפן - מהפכה טכנולוגית. הרכב גרפן

או גרפן הוא גביש דו מימדי שנוצר על ידי קשרים בין אטומי פחמן, עם משושים היוצרים משהו כמו רשת תיל או רשת מטרה. זהו, אם כן, אלוטרופ סינתטי נוסף של פחמן, המגיע מאחד האלוטרופים הטבעיים שלו, גרפיט, אותו משתמשים בעפרונות לכתיבה. לחומר זה יש נכסים יוצאי דופן, כמו אלה המוצגים להלן:

• é יפה מאוד - זה אטום עבה;

• é עמיד מאוד - הוא חזק פי 200 מפלדה וחזק מיהלום, בפרופורציות שלו;

• é גָמִישׁ;

גרפן הוא חומר קליל, גמיש, עמיד מאוד ושקוף

• בעל מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה - המוליכות החשמלית שלו היא מהיר פי 100 מנחושת, שהוא המנצח הנפוץ ביותר בעולם. מחקרים ראשוניים הראו כי מהירות האלקטרונים בגרפן היא 1000 קמ"ש (מהיר פי 60 מסיליקון, שהוא האלמנט המשמש כיום במוליכים למחצה, טרנזיסטורים עבור צ'יפס, תאים סולאריים והמון מעגלים אלקטרוניים) ויכולים להגיע למהירות של 3000 קמ"ש עם איכות טובה מאוד של הקריסטל הזה;

• é חסין מים - היכולת לחסום אפילו הליום, גז קל במיוחד;

• בעל קשיות גבוהה;

• é מאוד קליל ודק, כמו סיבי פחמן, אך גמישים יותר. עם 1.0 גרם גרפן, ניתן לכסות משטח של 2700 מ '²;

• יש פחות אפקט ג'ול - מאבד פחות אנרגיה בצורת חום על ידי הולכת אלקטרונים;

• é שקוף - מעביר 97.5% מהאור;

• é זול - חומר הגלם שלו נמצא בשפע (גרפן יכול להגיע מכל חומר פחמן);

• יכול לתקן את עצמו-אם.

המאפיינים של חומר זה החלו להיחקר ולחשוף בשנת 2004 על ידי המדענים אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב, מ אוניברסיטת מנצ'סטר, שקיבל לכן את פרס נובל לפיזיקה לשנת 2010. הֵם הושג גרפן בעת ​​ניקוי פני השטח של לוח גרפיט, תוך שחיקתו בהדרגה עם סרט דבק.. כאשר הם ניתחו את שאריות הגרפיט שנותרו על הקלטת תחת מיקרוסקופ אטומי, הם ראו כי שאריות אלה שמרו על מבנה גביש משושה של גרפיט ואשר היה לו גם סידור סימטרי מוזר של אלקטרונים שהגדיל את שלהם מוֹלִיכוּת. בגרפן האלקטרונים מתנהגים כאילו אין להם מסה. בדיקות הראו שהוא עובד טוב מאוד כטרנזיסטור.

אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2010 על תגליות הקשורות בגרפן *

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

כפי שמוצג בטקסט אלוטרופיה פחמנית, גרפיט נוצר על ידי לוחות או שכבות של משושים שנמשכים זה לזה בחלל. גרפן נוצר רק על ידי אחת מהלוחות הללו, עם פרופורציות ננומטריות (ננומטר אחד שווה לחלק מיליארד מטר (10^-9 M)). אתה צינורות פחמן הם גרפים עטופים. הצורה הסינתטית האלוטרופית האחרת של פחמן, C₆₀ (buckminterfullerene), הוא כמו גרפן המקופל לצורת כדור כדורגל.

מבני אלוטרופ פחמן - גרפן, גרפיט, C-60 וצינור פחמן

לפיכך, מכיוון שכל התכונות שהוזכרו נמצאו בחומר אחד, המחקר על אפשרויות השימוש בגרפן מינוף והבטיח להיות מהפכה טֶכנוֹלוֹגִי.

בין האפשריים יישומים של גרפן שיכול לשנות את העולם המוכר לנו:

• יש לזהמציג גָמִישׁ שאפשר לקפל. דוגמה לכך הם המסכים של לוּחַs ו- סמארטפונים שכאשר הם נופלים הם נשברים. גרפן ישמש לייצור a מסך מגע (מסך מגע), גמיש, שקוף ובלתי שביר. זה יחליף את ה- ITO (תחמוצת הפח המסוממת באינדיום) המשמש כיום במסכים רגישים;

• להאיץ את האינטרנט. הוכח כי גרפן מסוגל להמיר מידע אופטי למהירות חשמלית במהירות גבוהה פי 100 מממירים חשמליים;

• יכול לשמש באלקטרוניקה כדי להפיץ חום;

• בייצור חיישנים, שכן גרפן נוצר כולו על ידי שטח פנים;

• במכשירים פוטוניים;

• בְּתַעֲשִׂיָה חלל, חיל הים, רכב ואזרחי;

• בהפקה של מרוכבים;

• בְּאזור ביו-רפואי, למשל, להכין תותבות גמישות וקלות כמו גם שתלים;

• בטלקומוניקציה;

• בייצור חשמל, כמו בפאנלים סולאריים, בתאי מימן ובסוללות ארוכות טווח;

• במצלמות סטיל רגישות יותר;

• על כבלים במהירות גבוהה;

• בציורים שקולטים אנרגיה.

הקהילה האירופית השיקה תוכנית שתקצה מיליארד דולר למחקר על גרפן בכמה מדינות. המחקר על חומר זה בברזיל מתבצע בעיקר ב- Universidade Presbiteriana Mackenzie, שהשקיעה 30 מיליון ריאל כדי ליצור את מקגרף, מרכז מחקר על גרפן.

נותר לראות אילו יישומים של גרפן יהפכו למעשה למציאות בחברה שלנו.

* תמונה מוגנת בזכויות יוצרים: 76/Shutterstock.com

מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה

האם תרצה להתייחס לטקסט זה בבית ספר או בעבודה אקדמית? תראה:

FOGAÇA, ג'ניפר רושה ורגס. "גרפן - מהפכה טכנולוגית"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. גישה אליו ב -28 ביוני 2021.