Grafen - tehnološka revolucija. Sestava grafena

O grafen je dvodimenzionalni kristal, ki ga tvorijo vezi med ogljikovimi atomi, s šesterokotniki, ki tvorijo nekaj podobnega žični mreži ali ciljni mreži. Gre torej za še en sintetični alotrop ogljika, ki prihaja iz enega od njegovih naravnih alotropov, grafita, istega, ki se uporablja v svinčnikih za pisanje. Ta material ima izredne lastnosti, kot so prikazani spodaj:

• é zelo fina - debel je atom;

• é zelo odporen - v svojih razmerjih je približno 200-krat močnejši od jekla in močnejši od diamanta;

• é prilagodljiv;

Grafen je lahek, prilagodljiv, zelo odporen in prozoren material

• ima visoko toplotno in električno prevodnost - njegova električna prevodnost je 100-krat hitrejši od bakra, ki je najbolj uporabljen vodnik na svetu. Začetne študije so pokazale, da je hitrost elektronov v grafenu 1000 km / s (60-krat hitrejši od silicija, ki je element, ki se trenutno uporablja v polprevodnikih, tranzistorjih za čips, sončne celice in množico elektronskih vezij) in lahko z zelo dobro kakovostjo tega kristala doseže hitrost 3000 km / s;

• é vodoodporen - da lahko blokira celo helij, izredno lahek plin;

• ima visoko trdoto;

• é zelo lahka in tanka, kot so ogljikova vlakna, vendar bolj prilagodljiva. S 1,0 grama grafena, je mogoče pokriti površino 2700 m²;

• ima manjši učinek Joula - z prevodnimi elektroni izgubi manj energije v obliki toplote;

• é pregleden - oddaja 97,5% svetlobe;

• é poceni - njegovih surovin je veliko (grafen lahko prihaja iz katerega koli ogljikovega materiala);

• lahko samopopravilo-če.

Lastnosti tega materiala so leta 2004 začeli nadalje preučevati in razkrivati ​​znanstveniki Andre Geim in Konstantin Novoselov iz Univerza v Manchestru, ki je zato leta 2010 prejel Nobelovo nagrado za fiziko. Oni pri čiščenju površine grafitne plošče pridobil grafen in ga postopoma obrabljal z lepilnim trakom.. Ko so pod atomskim mikroskopom analizirali ostanke grafita, ki so ostali na traku, so videli, da ti ostanki ohranjajo šesterokotno kristalno strukturo grafita in ki je imel tudi posebno simetrično razporeditev elektronov, ki so povečali njihovo prevodnost. V grafenu se elektroni obnašajo, kot da nimajo mase. Testi so pokazali, da je zelo dobro deloval kot tranzistor.

Andre Geim in Konstantin Novoselov sta leta 2010 prejela Nobelovo nagrado za fiziko za odkritja, povezana z grafenom *

Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)

Kot je prikazano v besedilu alotropija ogljika, grafit tvorijo plošče ali plasti šesterokotnikov, ki se v vesolju privlačijo. Grafen tvori samo ena od teh plošč z nanometričnimi razmerji (1 nanometer je enak milijarditemu delu metra (10^-9 m)). Ti ogljikove nanocevke so zaviti grafeni. Druga sintetična alotropna oblika ogljika, C₆₀ (buckminterfullerene), je kot grafen, zložen v obliko nogometne žoge.

Strukture ogljikovih alotropov - grafen, grafit, C-60 in ogljikove nanocevke

Ker so bile vse omenjene lastnosti najdene v enem samem gradivu, je raziskava o možnostih uporabe grafena in se obeta revolucija tehnološki.

Med možnimi aplikacij grafena, ki bi lahko spremenil svet, ki ga poznamo, so:

• Imaprikaže prilagodljiv ki jih je mogoče zložiti. Primer so zasloni tabletas in pametne telefone ki se ob padcu zlomijo. Grafen bi se uporabljal za proizvodnjo a zaslon na dotik (zaslon na dotik), prilagodljiv, pregleden in nezlomljiv. Nadomestila bi ITO (kositrov oksid, dopiran z indijem), ki se trenutno uporablja na občutljivih zaslonih;

• pospešite internet. Dokazano je, da lahko grafen pretvori optične v električne informacije s hitrostjo približno 100-krat hitrejšo od električnih pretvornikov;

• je lahko uporabljen v elektroniki za odvajanje toplote;

• V proizvodnji senzorjev, ker grafen v celoti tvori površina;

• V fotonskih napravah;

• Obindustriji letalski, pomorski, avtomobilski in civilni;

• Pri izdelavi kompoziti;

• Obbiomedicinsko območjena primer za izdelavo prilagodljivih in lahkih protez ter vsadkov;

• v telekomunikacijah;

• Pri proizvodnji električne energije, kot so sončne celice, vodikove celice in dolgotrajne baterije;

• Na bolj občutljivih fotoaparatih;

• Na visokohitrostnih kablih;

• Na slikah, ki absorbirajo energijo.

Evropska skupnost je začela program, ki bo za raziskave grafena v več državah namenil milijardo dolarjev. Raziskave tega gradiva v Braziliji se izvajajo večinoma na Universidade Presbiteriana Mackenzie, ki je vložila 30 milijonov realov v MackGrafe, raziskovalno središče za grafen.

Treba je še ugotoviti, katere uporabe grafena bodo dejansko postale resničnost naše družbe.

* Zaščitena slika: rook76/Shutterstock.com

Avtorica Jennifer Fogaça
Diplomiral iz kemije

Bi se radi sklicevali na to besedilo v šolskem ali akademskem delu? Poglej:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Grafen - tehnološka revolucija"; Brazilska šola. Na voljo v: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Dostopno 28. junija 2021.