그래 핀: 그것이 무엇인지, 응용 프로그램, 구조 및 속성

그래 핀은 탄소로만 구성된 나노 물질로 원자가 서로 연결되어 육각형 구조를 형성합니다.

그것은 알려진 가장 정밀한 결정이며 그 특성으로 인해 매우 바람직합니다. 이 소재는 가볍고 전기 전도성이 있으며 견고하고 방수가됩니다.

그래 핀의 적용 가능성은 여러 분야에 있습니다. 가장 잘 알려진 것은 토목 건축, 에너지, 통신, 의학 및 전자입니다.

그래 핀이 발견 된 이후로 그래 핀은 연구 관심의 중심으로 남아 있습니다. 이 자료에 대한 응용 연구는 수백만 유로의 기관과 투자를 동원합니다. 따라서 전 세계의 과학자들은 대량 생산을위한 더 저렴한 방법을 계속 개발하려고 노력하고 있습니다.

그래 핀이 무엇인지 이해

그래 핀은 동소체 형태의 탄소로, 이 원소의 원자 배열이 얇은 층을 형성합니다.

이 동소체는 2 차원입니다. 즉, 너비와 높이의 두 가지 측정 값 만 있습니다.

이 재료의 크기에 대한 아이디어를 얻으려면 종이 한 장의 두께는 3 백만 개의 그래 핀 층을 겹쳐 놓은 것에 해당합니다.

사람에 의해 분리되고 식별되는 가장 얇은 물질이지만 그 크기는 나노 미터 정도입니다. 가볍고 강하며 구리 나 실리콘과 같은 금속보다 전기를 잘 전도 할 수 있습니다.

그래 핀의 구조에서 탄소 원자가 가정하는 배열은 그 안에서 발견되는 매우 흥미롭고 바람직한 특성을 만듭니다.

그래 핀 응용

전 세계의 많은 기업과 연구 그룹이 그래 핀 응용과 관련된 작업 결과를 발표하고 있습니다. 주요 내용은 아래를 참조하십시오.

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식수	그래 핀 형태의 멤브레인은 해수를 담수화하고 정화 할 수 있습니다.
CO 배출₂	그래 핀 필터는 CO 배출량을 줄일 수 있습니다.₂ 거부 될 산업과 기업에서 발생하는 가스를 분리하여
질병 감지	훨씬 빠른 생체 의학 센서는 그래 핀을 기반으로하며 질병, 바이러스 및 기타 독소를 감지 할 수 있습니다.
구성	콘크리트 및 알루미늄과 같은 건축 자재는 그래 핀을 추가하여 더 가볍고 강하게 만듭니다.
아름다움	그래 핀을 뿌려서 머리 염색을하는데, 그 기간은 약 30 회 정도입니다.
마이크로 디바이스	실리콘을 그래 핀으로 대체하여 칩이 더욱 작고 강해졌습니다.
에너지	태양 전지는 그래 핀을 사용하여 더 나은 유연성, 더 많은 투명성 및 더 낮은 생산 비용을 가지고 있습니다.
전자	더 좋고 빠른 에너지 저장 용량을 갖춘 배터리는 최대 15 분 안에 충전 할 수 있습니다.
유동성	자전거는 그래 핀을 사용하여 350g 무게의 더 단단한 타이어와 프레임을 가질 수 있습니다.

그래 핀 구조

그래 핀의 구조는 육각형으로 연결된 탄소 네트워크로 구성됩니다.

탄소 핵은 6 개의 양성자와 6 개의 중성자로 구성되어 있습니다. 원자의 6 개의 전자는 두 개의 층으로 분포되어 있습니다.

에서 원자가 층 4 개의 전자가 있으며이 껍질은 최대 8 개를 보유합니다. 따라서 탄소가 안정성을 얻으려면 옥텟 규칙에 명시된 바와 같이 4 개의 연결을 만들고 희가스의 전자 구성에 도달해야합니다.

그래 핀의 원자는 공유 결합즉, 전자의 공유가 있습니다.

탄소-탄소 결합은 자연에서 발견되는 가장 강력한 결합이며 각 탄소는 구조에서 다른 3 개를 결합합니다. 따라서 원자의 혼성화는 sp², 2 개의 단일 결합과 1 개의 이중 결합에 해당합니다.

4 개의 탄소 전자 중 3 개는 인접한 원자와 공유되고 하나는 결합을 구성합니다. 직선 파이 , 예를 들어 그래 핀은 재료에 더 많은 "자유"가 있기 때문에 좋은 전기 전도체가 될 수 있습니다.

그래 핀 속성

빛	평방 미터의 무게는 0.77 밀리그램에 불과합니다. 그래 핀 에어로젤은 공기보다 약 12 배 가볍습니다.
융통성 있는	길이의 25 %까지 확장 할 수 있습니다.
지휘자	구리보다 높은 전류 밀도.
튼튼한	그것은 추위에 팽창하고 열에 수축합니다. 대부분의 물질은 반대로 작용합니다.
방수	탄소에 의해 형성된 메쉬는 헬륨 원자의 통과조차 허용하지 않습니다.
내성	강철보다 약 200 배 더 강합니다.
투명한	2.3 %의 빛만 흡수합니다.
얇은	사람의 머리카락보다 백만 배나 얇습니다. 그 두께는 원자 하나뿐입니다.
단단한	알려진 가장 단단한 물질, 다이아몬드보다 훨씬 더.

그래 핀의 역사와 발견

그래 핀이라는 용어는 1987 년에 처음 사용되었지만 1994 년 União de Química Pure and Applied에서만 공식적으로 인정되었습니다.

이 지정은 석묵 물질의 이중 결합을 가리키는 접미사 -ene이 있습니다.

1950 년대부터 Linus Pauling은 6 각형 고리로 구성된 얇은 탄소 층의 존재에 대해 강의에서 강의했습니다. Philip Russell Wallace는 또한 몇 년 전에이 구조의 몇 가지 중요한 특성을 설명했습니다.

그러나 최근에야 2004 년에 맨체스터 대학의 물리학 자 Andre Geim과 Konstantin Novoselov에 의해 그래 핀이 분리되었으며 깊이 알려져 있습니다.

그들은 흑연을 연구하고 기계적 박리 기술을 사용하여 접착 테이프를 사용하여 재료 층을 분리했습니다. 이 업적은 2010 년에 노벨상을 수상했습니다.

브라질에서 그래 핀의 중요성

브라질은 그래 핀을 포함하는 물질 인 천연 흑연의 가장 큰 매장량 중 하나입니다. 흑연 천연 매장량은 전 세계 전체의 45 %에 이릅니다.

브라질 영토 전역에서 흑연의 발생이 관찰되지만, 착취 된 매장지는 Minas Gerais, Ceará 및 Bahia에서 발견됩니다.

풍부한 원료로 브라질은이 지역의 연구에도 투자하고 있습니다. 그래 핀 연구를 전담하는 라틴 아메리카 최초의 실험실은 브라질 상파울루의 Universidade Presbiteriana Mackenzie (MackGraphe)에 있습니다.

그래 핀 제조

그래 핀은 탄화물, 탄화수소, 탄소 나노 튜브 및 흑연으로 제조 할 수 있습니다. 후자는 출발 물질로 가장 많이 사용됩니다.

그래 핀의 주요 생산 방법은 다음과 같습니다.

기계적 미세 각질 제거: 그래파이트 결정은 실리콘 산화물이 포함 된 기판 위에 테이프를 사용하여 벗겨진 그래 핀 층을 가지고 있습니다.
화학적 미세 박리: 시약 첨가에 의해 탄소 결합이 약해져 네트워크가 부분적으로 끊어집니다.
화학 기상 증착: 금속 니켈 표면과 같은 고체 지지체에 증착 된 그래 핀 층의 형성.

그래 핀 가격

산업적 규모로 그래 핀을 합성하기가 어렵다는 것은이 물질의 가치가 여전히 매우 높다는 것을 의미합니다.

흑연에 비해 가격은 수천 배 더 높습니다. 흑연 1kg은 1 달러에 판매되는 반면, 그래 핀 150g은 15,000 달러에 판매됩니다.

그래 핀에 대한 호기심

유럽 연합 프로젝트, 명명 그래 핀 플래그십, 산업 규모의 그래 핀, 응용 및 생산 개발과 관련된 연구에 약 13 억 유로를 배정했습니다. 23 개국의 약 150 개 기관이이 프로젝트에 참여합니다.
우주 여행을 위해 개발 된 최초의 여행 가방에는 그래 핀이 구성되어 있습니다. 발사는 NASA가 화성 탐사를 수행 할 계획 인 2033 년으로 예정되어 있습니다.
보로 펜은 그래 핀의 새로운 경쟁자입니다. 이 재료는 2015 년에 발견되었으며 훨씬 더 유연하고 저항력이 있으며 전도성이있는 향상된 버전의 그래 핀으로 간주됩니다.