Grafēns - tehnoloģiska revolūcija. Grafēna sastāvs

O grafēns ir divdimensiju kristāls, ko veido saites starp oglekļa atomiem, ar sešstūriem, kas veido kaut ko līdzīgu stiepļu tīklam vai vārtu tīklam. Tādēļ tas ir vēl viens sintētisks oglekļa alotrops, kas nāk no viena no tā dabīgajiem alotropiem - grafīta -, ko izmanto zīmuļos rakstīšanai. Šis materiāls ir ārkārtas īpašības, piemēram, tie, kas parādīti zemāk:

• é ļoti labi - tas ir atoma biezums;

• é ļoti izturīgs - tā proporcijas ir aptuveni 200 reizes stiprākas par tēraudu un stiprākas par dimantu;

• é elastīgs;

Grafēns ir viegls, elastīgs, ļoti izturīgs un caurspīdīgs materiāls

• ir augsta siltuma un elektrovadītspēja - tā elektrovadītspēja ir 100 reizes ātrāk nekā varš, kas ir pasaulē visbiežāk izmantotais diriģents. Sākotnējie pētījumi parādīja, ka elektronu ātrums grafēnā ir 1000 km / s (60 reizes ātrāk nekā silīcijs, kas ir elements, ko pašlaik izmanto pusvadītājos, tranzistoros čipsi, saules baterijas un daudzas elektroniskās shēmas) un var sasniegt 3000 km / s ātrumu ar ļoti labu šī kristāla kvalitāti;

• é ūdensdrošs - spēja bloķēt pat hēliju, ārkārtīgi vieglu gāzi;

• ir augsta cietība;

• é ļoti viegls un plāns, piemēram, oglekļa šķiedra, bet elastīgāka. Ar 1,0 gramu grafēna, ir iespējams segt 2700 m virsmu²;

• ir mazāks Džoula efekts - vadot elektronus, siltuma veidā zaudē mazāk enerģijas;

• é caurspīdīgs - pārraida 97,5% gaismas;

• é lēts - tā izejviela ir bagātīga (grafēns var būt no jebkura oglekļa materiāla);

• var pats salabot-ja.

Šī materiāla īpašības 2004. gadā sāka pētīt un atklāt zinātnieki Andrē Geims un Konstantīns Novoselovs no Mančestras Universitāte, kurš tāpēc saņēma 2010. gada Nobela prēmiju fizikā. Viņi iegūts grafēns, attīrot grafīta dēļa virsmu, pakāpeniski nēsājot to ar līmlenti.. Analizējot grafīta atlikumus, kas palika uz lentes atomu mikroskopā, viņi redzēja, ka šie atlikumi uztur sešstūra grafīta kristāla struktūra un kam bija arī savdabīgs simetrisks elektronu izvietojums, kas to palielināja vadītspēja. Grafēnā elektroni izturas tā, it kā tiem nebūtu masas. Testi parādīja, ka tas ļoti labi darbojas kā tranzistors.

Andrē Geims un Konstantīns Novoselovs ieguva 2010. gada Nobela prēmiju fizikā par atklājumiem, kas saistīti ar grafēnu *

Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vairāk;)

Kā parādīts tekstā oglekļa alotropija, grafītu veido plāksnes vai sešstūru slāņi, kurus kosmosā piesaista viens otram. Grafēnu veido tikai viena no šīm plāksnēm ar nanometriskām proporcijām (1 nanometrs ir vienāds ar miljardo daļu no metra (10^-9 m)). Jūs oglekļa nanocaurules tie ir iesaiņoti grafēni. Otra oglekļa sintētiskā alotropā forma C₆₀ (buckminterfullerene) ir kā grafēns, kas salocīts futbola bumbas formā.

Oglekļa alotropu struktūras - grafēns, grafīts, C-60 un oglekļa nanocaurule

Tādējādi, tā kā visas minētās īpašības tika atrastas vienā materiālā, pētījums par grafēna izmantošanas iespējām ir solījuši būt revolucionāri tehnoloģiski.

Starp iespējamajiem lietojumprogrammas grafēna, kas varētu mainīt mums zināmo pasauli, ir:

• Tā irdispleji elastīgs ko var salocīt. Piemērs ir tabletesmiltis viedtālruņi kurus, krītot, viņi salauž. Grafēnu izmantotu a skārienekrāns (skārienekrāns), elastīga, caurspīdīgs un nesalaužams. Tas aizstātu ITO (indiju saturošu alvas oksīdu), ko pašlaik lieto jutīgajos ekrānos;

• paātrināt internetu. Ir pierādīts, ka grafēns spēj pārveidot optisko informāciju par elektrisko informāciju ar ātrumu, kas ir aptuveni 100 reizes lielāks nekā elektriskie pārveidotāji;

• Var izmantot elektronikā, lai izkliedētu siltumu;

• Sensoru ražošanā, jo grafēnu pilnībā veido virsmas laukums;

• Fotoniskajās ierīcēs;

• Plkstrūpniecībā kosmosa, jūras, automobiļu un civilās aviācijas;

• Ražošanā kompozīti;

• Plkstbiomedicīnas jomāpiemēram, izgatavot elastīgas un vieglas protēzes, kā arī implantus;

• telekomunikācijās;

• Enerģijas ražošanā, piemēram, saules baterijās, ūdeņraža elementos un ilgstošos akumulatoros;

• Uz jutīgākām fotokamerām;

• Uz ātrgaitas kabeļiem;

• Gleznās, kas absorbē enerģiju.

Eiropas Kopiena ir uzsākusi programmu, kas piešķirs miljardu dolāru grafēna izpētei vairākās valstīs. Šī materiāla pētījumi Brazīlijā galvenokārt tiek veikti Universidade Presbiteriana Mackenzie, kas ieguldīja 30 miljonus reālu, lai izveidotu MackGrafe, grafēna izpētes centrs.

Atliek gaidīt, kuri grafēna pielietojumi faktiski kļūs par realitāti mūsu sabiedrībā.

* Ar autortiesībām aizsargāts attēls: rook76/Shutterstock.com

Autore Jennifer Fogaça
Beidzis ķīmiju

Vai vēlaties atsaukties uz šo tekstu skolas vai akadēmiskajā darbā? Skaties:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Grafēns - tehnoloģiska revolūcija"; Brazīlijas skola. Pieejams: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Piekļuve 2021. gada 28. jūnijam.