O grafeen is een tweedimensionaal kristal gevormd door bindingen tussen koolstofatomen, met zeshoeken die zoiets als een gaas of een doelgaas vormen. Het is daarom een andere synthetische allotroop van koolstof, afkomstig van een van zijn natuurlijke allotropen, grafiet, hetzelfde dat wordt gebruikt in potloden om te schrijven. Dit materiaal heeft buitengewone eigenschappen, zoals hieronder weergegeven:
é zeer goed - het is een atoom dik;
é zeer resistent - het is ongeveer 200 keer sterker dan staal en sterker dan diamant, binnen zijn verhoudingen;
é flexibel;
Grafeen is een licht, flexibel, zeer resistent en transparant materiaal
heeft een hoge thermische en elektrische geleidbaarheid - zijn elektrische geleidbaarheid is 100 keer sneller dan koper, de meest gebruikte dirigent ter wereld. Eerste studies hebben aangetoond dat de snelheid van elektronen in grafeen 1000 km/s is (60 keer sneller dan silicium, dat is het element dat momenteel wordt gebruikt in halfgeleiders, transistors voor chips,
zonnecellen en een veelvoud aan elektronische circuits) en kan een snelheid van 3000 km/s bereiken met een zeer goede kwaliteit van dit kristal;é waterbestendig - zelfs helium, een extreem licht gas, kunnen blokkeren;
heeft een hoge hardheid;
é heel licht en dun, zoals koolstofvezel, maar flexibeler. Met 1,0 gram grafeen, het is mogelijk om een oppervlakte van 2700 m. te bedekken2;
heeft minder Joule-effect – verliest minder energie in de vorm van warmte door elektronen te geleiden;
é transparant - laat 97,5% van het licht door;
é goedkoop - de grondstof is overvloedig (grafeen kan uit elk koolstofmateriaal komen);
kan zelf repareren-als.
De eigenschappen van dit materiaal werden in 2004 verder bestudeerd en onthuld door wetenschappers Andre Geim en Konstantin Novoselov, van Universiteit van Manchester, die daarom de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2010 ontving. Ze verkregen grafeen bij het reinigen van het oppervlak van een grafietplaat, geleidelijk afslijtend met plakband.. Toen ze de grafietresten die op de tape achterbleven onder een atomaire microscoop analyseerden, zagen ze dat deze resten de hexagonale kristalstructuur van grafiet en die ook een eigenaardige symmetrische opstelling van elektronen had die hun geleidbaarheid. In grafeen gedragen elektronen zich alsof ze geen massa hebben. Tests toonden aan dat het heel goed werkte als transistor.
Andre Geim en Konstantin Novoselov wonnen in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde voor grafeengerelateerde ontdekkingen *
Zoals weergegeven in de tekst koolstof allotropiegrafiet wordt gevormd door platen of lagen van zeshoeken die in de ruimte tot elkaar worden aangetrokken. Grafeen wordt gevormd door slechts één van deze platen, met nanometrische verhoudingen (1 nanometer is gelijk aan een miljardste deel van een meter (10-9 m)). U koolstof nanobuisjes het zijn verpakte grafenen. De andere synthetische allotrope vorm van koolstof, de C60 (buckminterfullereen), is als grafeen gevouwen in de vorm van een voetbal.
Koolstofallotroopstructuren - grafeen, grafiet, C-60 en koolstofnanobuisjes
Dus, aangezien alle genoemde kwaliteiten in één enkel materiaal werden gevonden, is het onderzoek over de mogelijkheden om grafeen te gebruiken, wat een revolutie belooft te worden technologisch.
Onder de mogelijke toepassingen van grafeen die de wereld die we kennen zou kunnen veranderen, zijn:
Het heeftdisplays flexibel die kan worden opgevouwen. Een voorbeeld zijn de schermen van tablets en smartphones die, als ze vallen, breken. Grafeen zou worden gebruikt om a touch screen (touch screen), flexibel, transparant en onbreekbaar. Het zou de ITO (indium-gedoteerde tinoxide) vervangen die momenteel in gevoelige schermen wordt gebruikt;
internet versnellen. Van grafeen is aangetoond dat het in staat is optische informatie om te zetten in elektrische informatie met een snelheid die ongeveer 100 keer sneller is dan elektrische converters;
kan worden gebruikt in elektronica om warmte af te voeren;
Bij de productie van sensoren, omdat grafeen volledig wordt gevormd door het oppervlak;
In fotonische apparaten;
Bijindustrie ruimtevaart, marine, automobiel en civiele automotive;
Bij de productie van composieten;
Bijbiomedisch gebiedbijvoorbeeld om zowel flexibele en lichtgewicht prothesen als implantaten te maken;
in telecommunicatie;
Bij energieopwekking, zoals in zonnepanelen, waterstofcellen en duurzame batterijen;
Op gevoeligere fotocamera's;
Op hogesnelheidskabels;
In schilderijen die energie absorberen.
De Europese Gemeenschap heeft een programma gelanceerd dat een miljard dollar zal uittrekken voor onderzoek naar grafeen in verschillende landen. Onderzoek naar dit materiaal in Brazilië wordt voornamelijk uitgevoerd aan de Universidade Presbiteriana Mackenzie, die 30 miljoen reais heeft geïnvesteerd om de MackGrafe, een onderzoekscentrum over grafeen.
Het is afwachten welke toepassingen van grafeen daadwerkelijk werkelijkheid worden in onze samenleving.
* Afbeelding auteursrechtelijk beschermd: rook76/Shutterstock.com
Door Jennifer Fogaça
Afgestudeerd in scheikunde
Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm
