Mi a különbség a grafén és a grafit között?
Figyelemre méltó kémiai elem, a szén az, amely kényelmesen a 6. helyen áll a kémiai elemek periódusos rendszerének második periódusának tizennegyedik csoportjában. Ősidők óta ismerik az emberek a gyémántot és a grafitot, kettőt ennek az elemnek az eddig felfedezett több mint kilenc allotróp módosulata közül. Egyébként a szénnek van a modern tudomány által ismert legtöbb allotróp módosulata más anyagokhoz képest.
Az allotrópia magában foglalja annak lehetőségét, hogy ugyanaz a kémiai elem a természetben két vagy több egyszerű anyag, az úgynevezett allotróp formák vagy allotróp módosulatok formájában létezzen, amelyek ezekben az anyagokban szerkezeti és tulajdonságaibeli különbségeket okoznak. Tehát a szénnek 8 ilyen alapformája van: gyémánt, grafit, lonsdaleit, fullerének (C60, C540 és C70), amorf szén és egyfalú nanocső.
A szén ezen formái között teljesen eltérő tulajdonságok és karakterek találhatók: lágy és kemény, átlátszó és átlátszatlan, olcsó és drága anyagok. Hasonlítsunk azonban össze két hasonló szénmódosítást – a grafitot és a grafént.
Iskola óta ismerjük a graffitiket.Egy közönséges ceruza vezetéke pontosan grafit. Tapintásra meglehetősen puha, csúszós és zsíros, a kristályok lemezesek, az atomrétegek egymás felett helyezkednek el, ezért például papírra dörzsöléskor a grafit réteges kristályszerkezetének egyes pelyhei könnyen leválnak. , jellegzetes sötét nyomot hagyva a papíron.
A grafit jól vezeti az elektromos áramot, ellenállása átlagosan 11 Ohm * mm2 / m, de a grafit vezetőképessége a kristályok természetes anizotrópiája miatt nem azonos. Így a vezetőképesség a kristály síkjai mentén több százszor nagyobb, mint ezekben a síkokban. A grafit sűrűsége 2,08-2,23 g / cm3.
A természetben a grafit magas hőmérsékleten magmás és vulkáni eredetű kőzetekben, szkarnokban és pegmatitokban képződik. Kvarc vénákban fordul elő ásványi anyagokkal, hidrotermális, közepes hőmérsékletű polifém üledékekben. Széles körben elterjedt a metamorf kőzetekben.
Így 1907 óta Madagaszkár szigetén hozták létre a világ legnagyobb természetes pehelygrafitkészletét. A sziget prekambriumi metamorf kőzetekből áll, amelyek egy hegyvidéki terepen emelkednek a felszínre, 4000-4600 láb közötti hipszometrikus jegyekkel. A grafit itt található egy 400 mérföld hosszú övben, és uralja a hegyeket a sziget központjának keleti részén.
A grafén a grafittal ellentétben nem rendelkezik ömlesztett kristályszerkezettel; kétdimenziós, hatszögletű kristályrácsot tartalmaz, mindössze egy atom vastagságú. Egy ilyen allotróp módosulatban a szén a természetben egyáltalán nem fordul elő, hanem elméletileg mesterségesen előállítható. Azt mondhatjuk, hogy a grafit többrétegű ömlesztett kristályszerkezetétől szándékosan elválasztott sík pontosan ez a grafén lesz.
A tudósok kezdetben nem tudták előállítani a grafént egyszerű kétdimenziós film formájában, az anyag instabilitása miatt ebben a formában. Azonban szilícium-oxid szubsztrátumon (a dielektromos réteggel való kötés miatt) így is sikerült egy atom vastagságú grafént előállítani: 2004-ben Andrej Geim és Konstantin Novoselov, a Manchesteri Egyetem orosz tudósai jelentést tettek közzé a Science-ben. a grafén ily módon történő előállításáról.
És még ma is indokoltak a grafén kutatási célú kinyerésének olyan egyszerű módszerei, mint például a szén-monoréteg mechanikus hámlasztása ömlesztett grafitkristályból ragasztószalaggal (és hasonló módszerekkel).
A kutatók úgy vélik, hogy fejlődésüknek köszönhetően hamarosan megjelenik a grafén alapú nanoelektronika új osztálya, ahol a térhatású tranzisztorok vastagsága nem éri el a 10 nm-t. A tény az, hogy a grafénben az elektronok mobilitása olyan magas (10 000 cm2 / V * s), hogy ez a hagyományos szilícium legígéretesebb alternatívája ma.
A nagy vivőmobilitás az elektronok és lyukak azon képessége, hogy rendkívül gyorsan reagálnak az alkalmazott elektromos mezők hatására, és ez a modern elektronika alapvető működési egysége, a térhatású tranzisztorok esetében rendkívül fontos.
Különféle biológiai és kémiai érzékelők, valamint fotovoltaikus eszközökhöz és érintőképernyőkhöz való vékony filmek létrehozására is van kilátás. Mindezek ellenére a grafén hővezető képessége 10-szer nagyobb, mint a rézé, és ez a kritérium mindig nagyon fontos az elektronika számára.