Grafen ve grafit arasındaki fark nedir?

Olağanüstü bir kimyasal element olan karbon, kimyasal elementlerin periyodik tablosunun ikinci periyodunun on dördüncü grubunda rahatlıkla 6 numarada yer alır. Antik çağlardan beri insanlar, bu elementin şimdiye kadar keşfedilen dokuzdan fazla allotropik modifikasyonundan ikisi olan elmas ve grafiti biliyorlar. Bu arada, modern bilim tarafından bilinen diğer maddelere kıyasla en fazla allotropik modifikasyon sayısına sahip olan karbondur.

Allotropi, aynı kimyasal elementin doğada iki veya daha fazla basit madde, sözde allotropik formlar veya allotropik modifikasyonlar şeklinde var olma olasılığını ifade eder, bu maddelerde hem yapı hem de özelliklerde farklılıklara neden olur. Yani, karbonun bu tür 8 temel formu vardır: elmas, grafit, lonsdaleit, fullerenler (C60, C540 ve C70), amorf karbon ve tek duvarlı nanotüp.

Bu karbon formları arasında tamamen farklı özellik ve karakter vardır: yumuşak ve sert, şeffaf ve opak, ucuz ve pahalı maddeler. Bununla birlikte, iki benzer karbon modifikasyonunu karşılaştıralım - grafit ve grafen.

Hepimiz okuldan beri grafitiye aşinayız.Sıradan bir kurşun kalemin ucu tam olarak grafittir. Dokunulduğunda oldukça yumuşak, kaygan ve yağlıdır, kristaller plakalardır, atom katmanları üst üste yerleştirilmiştir, bu nedenle, örneğin kağıda sürtündüğünde, grafitin katmanlı kristal yapısının tek tek pulları kolayca soyulabilir. , kağıt üzerinde karakteristik koyu bir iz bırakarak.

Grafit elektrik akımını iyi iletir, direnci ortalama 11 Ohm * mm2 / m'dir, ancak kristallerinin doğal anizotropisi nedeniyle grafitin iletkenliği aynı değildir. Böylece, kristalin düzlemleri boyunca iletkenlik, bu düzlemlerdeki iletkenlikten yüzlerce kat daha fazladır. Grafitin yoğunluğu 2,08 ila 2,23 g / cm3 arasındadır.

Doğada grafit, magmatik ve volkanik kayaçlarda, skarnlarda ve pegmatitlerde yüksek sıcaklıklarda oluşur. Hidrotermal orta sıcaklıktaki polimetalik yataklardaki minerallerle kuvars damarlarında oluşur. Metamorfik kayaçlarda yaygın olarak dağılmıştır.

Böylece, 1907'den beri, Madagaskar adasında dünyanın en büyük doğal pul grafit rezervleri geliştirildi. Ada, 4.000-4.600 fit hipsometrik işaretleri olan dağlık bir arazide yüzeye çıkan Prekambriyen metamorfik kayalardan oluşur. Grafit burada 400 mil uzunluğunda bir kuşakta bulunur ve adanın merkezinin doğu kısmındaki dağlara hakimdir.

Grafen, grafitin aksine, toplu bir kristal yapıya sahip değildir; sadece bir atom kalınlığında iki boyutlu altıgen bir kristal kafese sahiptir. Böyle bir allotropik modifikasyonda, karbon doğal olarak hiç oluşmaz, ancak teorik olarak yapay olarak elde edilebilir. Grafitin çok katmanlı yığın kristal yapısından kasıtlı olarak ayrılmış bir düzlemin tam da bu grafen olacağını söyleyebiliriz.

Bilim adamları başlangıçta, bu formdaki maddenin kararsızlığı nedeniyle basit bir iki boyutlu film formunda grafen elde edemediler. Bununla birlikte, bir silikon oksit substrat üzerinde (dielektrik tabaka ile bağ nedeniyle), bir atom kalınlığında grafen elde etmek hala mümkündü: 2004 yılında, Rus bilim adamları Andrey Geim ve Manchester Üniversitesi'nden Konstantin Novoselov, Science dergisinde bir rapor yayınladılar. Bu şekilde grafen elde etme konusunda.

Ve bugün bile, yapışkan bant (ve benzer yöntemler) kullanılarak toplu bir grafit kristalinden bir karbon tek tabakasının mekanik olarak soyulması gibi araştırma için grafen elde etmenin bu kadar basit yöntemleri haklı.

Araştırmacılar, ilerlemeleri sayesinde, alan etkili transistörlerin 10 nm'den daha az kalın olacağı yeni bir grafen tabanlı nanoelektronik sınıfının yakında ortaya çıkacağına inanıyor. Gerçek şu ki, grafendeki elektronların hareketliliği o kadar yüksek ki (10.000 cm2 / V * s), bugün geleneksel silikona en umut verici alternatif gibi görünüyor.

Yüksek taşıyıcı hareketliliği, elektronların ve deliklerin uygulanan elektrik alanlarının etkisine son derece hızlı yanıt verme yeteneğidir ve bu, modern elektroniğin temel çalışma birimi olan alan etkili transistörler için son derece önemlidir.

Çeşitli biyolojik ve kimyasal sensörlerin yanı sıra fotovoltaik cihazlar ve dokunmatik ekranlar için ince filmlerin oluşturulması için de beklentiler var. Tüm bunlara rağmen grafenin termal iletkenliği bakırınkinden 10 kat daha fazladır ve bu kriter elektronik için her zaman çok önemlidir.