Grafen - en teknologisk revolusjon. Grafensammensetning

O grafen er en todimensjonal krystall dannet av bindinger mellom karbonatomer, med sekskanter som danner noe som et trådnett eller et målnett. Det er derfor en annen syntetisk allotrop av karbon, som kommer fra en av dens naturlige allotroper, grafitt, den samme som brukt i blyanter for skriving. Dette materialet har ekstraordinære egenskaper, for eksempel de som er vist nedenfor:

• é veldig bra - det er et tykt atom;

• é svært motstandsdyktig - den er omtrent 200 ganger sterkere enn stål og sterkere enn diamant, innenfor dens proporsjoner;

• é fleksibel;

Grafen er et lett, fleksibelt, veldig motstandsdyktig og gjennomsiktig materiale

• har høy termisk og elektrisk ledningsevne - dens elektriske ledningsevne er 100 ganger raskere enn kobber, som er den mest brukte dirigenten i verden. Innledende studier viste at hastigheten til elektroner i grafen er 1000 km / s (60 ganger raskere enn silisium, som er det elementet som for tiden brukes i halvledere, transistorer for sjetonger, solceller og et mangfold av elektroniske kretser) og kan nå en hastighet på 3000 km / s med en veldig god kvalitet på denne krystallen;

• é vanntett - å kunne blokkere til og med helium, en ekstremt lett gass;

• har høy hardhet;

• é veldig lett og tynn, som karbonfiber, men mer fleksibel. Med 1,0 gram grafen er det mulig å dekke en overflate på 2700 m²;

• har mindre Joule-effekt - mister mindre energi i form av varme ved å lede elektroner;

• é gjennomsiktig - overfører 97,5% av lyset;

• é billig - råmaterialet er rikelig (grafen kan komme fra hvilket som helst karbonmateriale);

• kan reparere seg selv-hvis.

Egenskapene til dette materialet begynte å bli nærmere studert og avslørt i 2004 av forskere Andre Geim og Konstantin Novoselov, fra University of Manchester, som derfor mottok 2010 Nobelprisen i fysikk. De oppnådd grafen når du rengjør overflaten på en grafittplate, og slites den gradvis ned med teip.. Da de analyserte grafittrester som var igjen på båndet under et atommikroskop, så de at disse restene opprettholdt sekskantet krystallstruktur av grafitt og som også hadde et særegent symmetrisk arrangement av elektroner som økte deres ledningsevne. I grafen oppfører elektroner seg som om de ikke hadde masse. Tester viste at det fungerte veldig bra som en transistor.

Andre Geim og Konstantin Novoselov vant 2010 Nobelprisen i fysikk for grafenrelaterte funn *

Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)

Som vist i teksten karbonallotropi, er grafitt dannet av plater eller lag av sekskanter som tiltrekkes av hverandre i rommet. Grafen er dannet av bare en av disse platene, med nanometriske proporsjoner (1 nanometer er lik en milliarddel av en meter (10^-9 m)). Du karbon nanorør de er pakket grafener. Den andre syntetiske allotrope formen av karbon, C₆₀ (buckminterfullerene), er som grafen brettet i form av en fotball.

Carbon allotrope strukturer - grafen, grafitt, C-60 og karbon nanorør

Derfor, siden alle nevnte kvaliteter ble funnet i et enkelt materiale, ble forskningen om mulighetene for å bruke grafen har utnyttet, og lovet å bli en revolusjon teknologisk.

Blant de mulige applikasjoner av grafen som kan endre verden vi kjenner er:

• Det harvises fleksibel som kan brettes. Et eksempel er skjermene til tabletts og smarttelefoner som, når de faller, bryter de. Grafen vil bli brukt til å produsere en touch-skjerm (touch-skjerm), fleksibel, gjennomsiktig og ubrytelig. Det ville erstatte ITO (indium-dopet tinnoksid) som for tiden brukes i sensitive skjermer;

• øke hastigheten på internett. Grafen har vist seg å kunne konvertere optisk til elektrisk informasjon med en hastighet rundt 100 ganger raskere enn elektriske omformere;

• kan bli brukt i elektronikk for å spre varme;

• I produksjonen av sensorer, da grafen er helt dannet av overflateareal;

• I fotoniske enheter;

• Påindustri romfart, marine, bilindustri og sivil;

• I produksjonen av kompositter;

• Påbiomedisinsk områdefor eksempel å lage fleksible og lette proteser samt implantater;

• innen telekommunikasjon;

• I kraftproduksjon, for eksempel i solcellepaneler, hydrogenceller og langvarige batterier;

• På mer følsomme stillkameraer;

• På kabler med høy hastighet;

• I malerier som absorberer energi.

Det europeiske fellesskap har lansert et program som vil bevilge en milliard dollar til forskning på grafen i flere land. Forskning på dette materialet i Brasil utføres hovedsakelig ved Universidade Presbiteriana Mackenzie, som investerte 30 millioner reais for å skape MackGrafe, et forskningssenter om grafen.

Det gjenstår å se hvilke applikasjoner av grafen som faktisk vil bli en realitet i samfunnet vårt.

* Opphavsrettsbeskyttet bilde: rook76/Shutterstock.com

Av Jennifer Fogaça
Uteksamen i kjemi

Vil du referere til denne teksten i et skole- eller akademisk arbeid? Se:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Graphene - en teknologisk revolusjon"; Brasilskolen. Tilgjengelig i: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Tilgang 28. juni 2021.