Apakah perbezaan antara graphene dan grafit?

Unsur kimia yang luar biasa, karbon ialah unsur yang mudah berada di nombor 6 dalam kumpulan keempat belas tempoh kedua jadual berkala unsur kimia. Sejak zaman purba, orang ramai mengenali berlian dan grafit, dua daripada lebih sembilan pengubahsuaian alotropik unsur ini ditemui setakat ini. Ngomong-ngomong, ia adalah karbon yang mempunyai bilangan pengubahsuaian alotropik yang terbesar, berbanding dengan bahan lain, yang diketahui oleh sains moden.

Alotropi membayangkan kemungkinan kewujudan dalam sifat unsur kimia yang sama dalam bentuk dua atau lebih bahan ringkas, yang dipanggil bentuk alotropik atau pengubahsuaian alotropik, yang menyebabkan perbezaan dalam bahan ini baik dari segi struktur dan sifat. Jadi, karbon mempunyai 8 bentuk asas seperti: berlian, grafit, lonsdaleite, fullerene (C60, C540 dan C70), karbon amorf dan tiub nano berdinding tunggal.

Di antara bentuk karbon ini terdapat sifat dan watak yang sama sekali berbeza: bahan lembut dan keras, telus dan legap, murah dan mahal. Walau bagaimanapun, mari kita bandingkan dua pengubahsuaian karbon yang serupa - grafit dan graphene.

Kita semua sudah biasa dengan grafiti sejak sekolah lagi.Plumbum pensel biasa adalah betul-betul grafit. Ia agak lembut, licin dan berminyak apabila disentuh, kristal adalah plat, lapisan atom terletak satu di atas yang lain, oleh itu apabila menggosok, sebagai contoh, di atas kertas, kepingan individu struktur kristal berlapis grafit mudah terkelupas. , meninggalkan kesan gelap ciri pada kertas.

Grafit mengalirkan arus elektrik dengan baik, rintangannya secara purata 11 Ohm * mm2 / m, tetapi kekonduksian grafit tidak sama kerana anisotropi semula jadi kristalnya. Oleh itu, kekonduksian di sepanjang satah kristal adalah ratusan kali lebih tinggi daripada kekonduksian dalam satah ini. Ketumpatan grafit adalah dari 2.08 hingga 2.23 g / cm3.

Secara semula jadi, grafit terbentuk pada suhu tinggi dalam batuan igneus dan gunung berapi, dalam skarn dan pegmatit. Ia berlaku dalam urat kuarza dengan mineral dalam deposit polimetalik suhu perantaraan hidroterma. Ia diedarkan secara meluas dalam batuan metamorf.

Oleh itu, sejak 1907, rizab grafit serpihan semulajadi terbesar di dunia telah dibangunkan di pulau Madagascar. Pulau ini terdiri daripada batuan metamorf Pracambrian yang naik ke permukaan di kawasan pergunungan dengan tanda hipsometrik 4,000-4,600 kaki. Grafit ditemui di sini dalam tali pinggang sepanjang 400 batu dan menguasai pergunungan di bahagian timur pusat pulau itu.

Graphene, tidak seperti grafit, tidak mempunyai struktur kristal pukal; ia mempunyai kekisi kristal heksagon dua dimensi, tebal hanya satu atom. Dalam pengubahsuaian alotropik sedemikian, karbon tidak berlaku secara semula jadi sama sekali, tetapi secara teorinya boleh diperoleh secara buatan. Kita boleh mengatakan bahawa satah yang sengaja dipisahkan daripada struktur kristal pukal berbilang lapisan grafit akan menjadi graphene ini.

Para saintis pada mulanya tidak dapat memperoleh graphene dalam bentuk filem dua dimensi yang mudah, kerana ketidakstabilan jirim dalam bentuk ini. Walau bagaimanapun, pada substrat silikon oksida (disebabkan oleh ikatan dengan lapisan dielektrik) masih mungkin untuk mendapatkan graphene setebal satu atom: pada tahun 2004, saintis Rusia Andrey Geim dan Konstantin Novoselov dari University of Manchester menerbitkan laporan dalam Sains untuk mendapatkan graphene dengan cara ini.

Malah pada hari ini, kaedah mudah untuk mendapatkan graphene untuk penyelidikan, seperti pengelupasan mekanikal monolayer karbon daripada kristal grafit pukal menggunakan pita pelekat (dan kaedah yang serupa), adalah wajar.

Para penyelidik percaya bahawa terima kasih kepada kemajuan mereka, kelas baru nanoelektronik berasaskan graphene akan muncul tidak lama lagi, di mana transistor kesan medan akan kurang daripada 10 nm tebal. Hakikatnya ialah mobiliti elektron dalam graphene sangat tinggi (10,000 cm2 / V * s) yang nampaknya merupakan alternatif yang paling menjanjikan kepada silikon konvensional hari ini.

Mobiliti pembawa tinggi ialah keupayaan elektron dan lubang untuk bertindak balas dengan sangat cepat terhadap kesan medan elektrik yang digunakan, dan ini amat penting untuk transistor kesan medan, unit operasi asas elektronik moden.

Terdapat juga prospek untuk penciptaan pelbagai sensor biologi dan kimia, serta filem nipis untuk peranti fotovoltaik dan skrin sentuh. Walaupun semua ini, kekonduksian terma graphene adalah 10 kali lebih tinggi daripada tembaga, dan kriteria ini sentiasa sangat penting untuk elektronik.