Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng graphene at graphite?
Isang kahanga-hangang elemento ng kemikal, ang carbon ay isa na maginhawang nakaupo sa numero 6 sa ikalabing-apat na pangkat ng ikalawang yugto ng periodic table ng mga elemento ng kemikal. Mula noong sinaunang panahon, kilala ng mga tao ang brilyante at grapayt, dalawa sa higit sa siyam na allotropic na pagbabago ng elementong ito na natuklasan sa ngayon. Sa pamamagitan ng paraan, ito ay carbon na may pinakamalaking, kumpara sa iba pang mga sangkap, bilang ng mga allotropic na pagbabago na kilala sa modernong agham.
Ang allotropy ay nagpapahiwatig ng posibilidad ng pagkakaroon sa likas na katangian ng parehong elemento ng kemikal sa anyo ng dalawa o higit pang mga simpleng sangkap, ang tinatawag na mga allotropic form o allotropic modification, na nagdudulot ng mga pagkakaiba sa mga sangkap na ito kapwa sa istraktura at mga katangian. Kaya, ang carbon ay may 8 tulad ng mga pangunahing anyo: brilyante, grapayt, lonsdaleite, fullerenes (C60, C540 at C70), amorphous carbon at single-walled nanotube.
Kabilang sa mga anyo ng carbon na ito ay may ganap na magkakaibang mga katangian at katangian: malambot at matigas, transparent at opaque, mura at mamahaling mga sangkap. Gayunpaman, paghambingin natin ang dalawang magkatulad na pagbabago sa carbon — graphite at graphene.
Lahat tayo ay pamilyar sa graffiti mula noong paaralan.Ang tingga ng isang ordinaryong lapis ay eksaktong grapayt. Ito ay medyo malambot, madulas at mamantika sa pagpindot, ang mga kristal ay mga plato, ang mga layer ng mga atomo ay matatagpuan sa itaas ng isa, samakatuwid kapag kuskusin, halimbawa, sa papel, ang mga indibidwal na mga natuklap ng layered na istraktura ng kristal ng grapayt ay madaling matanggal. , nag-iiwan ng kakaibang madilim na bakas sa papel.
Ang graphite ay nagsasagawa ng electric current, ang paglaban nito ay nasa average na 11 Ohm * mm2 / m, ngunit ang conductivity ng graphite ay hindi pareho dahil sa natural na anisotropy ng mga kristal nito. Kaya, ang conductivity sa mga eroplano ng kristal ay daan-daang beses na mas mataas kaysa sa conductivity sa mga eroplanong ito. Ang density ng grapayt ay mula 2.08 hanggang 2.23 g / cm3.
Sa kalikasan, ang grapayt ay nabuo sa mataas na temperatura sa igneous at volcanic na mga bato, sa mga skarn at pegmatite. Ito ay nangyayari sa mga quartz veins na may mga mineral sa hydrothermal intermediate temperature polymetallic deposits. Ito ay malawak na ipinamamahagi sa mga metamorphic na bato.
Kaya, mula noong 1907, ang pinakamalaking reserbang natural na flake graphite sa mundo ay binuo sa isla ng Madagascar. Ang isla ay binubuo ng mga Precambrian metamorphic na bato na tumataas sa ibabaw sa isang bulubunduking lupain na may mga markang hypsometric na 4,000-4,600 talampakan. Ang grapayt ay matatagpuan dito sa isang sinturon na 400 milya ang haba at nangingibabaw sa mga bundok sa silangang bahagi ng gitna ng isla.
Ang graphene, hindi tulad ng grapayt, ay walang bulk crystal structure; nagtatampok ito ng dalawang-dimensional na hexagonal na kristal na sala-sala, isang atom lamang ang kapal. Sa naturang allotropic modification, ang carbon ay hindi natural na nangyayari, ngunit sa teorya ay maaaring makuha sa artipisyal na paraan. Masasabi natin na ang isang eroplanong sadyang nakahiwalay sa multi-layered na bulk crystal na istraktura ng graphite ay ang mismong graphene na ito.
Ang mga siyentipiko sa una ay hindi nakakuha ng graphene sa anyo ng isang simpleng two-dimensional na pelikula, dahil sa kawalang-tatag ng bagay sa form na ito. Gayunpaman, sa isang silicon oxide substrate (dahil sa bono sa dielectric layer) posible pa ring makakuha ng one-atom-thick graphene: noong 2004, ang mga siyentipikong Ruso na sina Andrey Geim at Konstantin Novoselov ng University of Manchester ay naglathala ng isang ulat sa Science. sa pagkuha ng graphene sa ganitong paraan.
At kahit ngayon, ang mga simpleng pamamaraan ng pagkuha ng graphene para sa pananaliksik, tulad ng mekanikal na pag-exfoliation ng carbon monolayer mula sa isang bulk graphite crystal gamit ang adhesive tape (at mga katulad na pamamaraan), ay makatwiran.
Naniniwala ang mga mananaliksik na salamat sa kanilang pag-unlad, isang bagong klase ng nanoelectronics na nakabatay sa graphene ay malapit nang lalabas, kung saan ang field-effect transistors ay magiging mas mababa sa 10 nm ang kapal. Ang katotohanan ay ang kadaliang kumilos ng mga electron sa graphene ay napakataas (10,000 cm2 / V * s) na tila ito ang pinaka-maaasahan na alternatibo sa maginoo na silikon ngayon.
Ang mataas na carrier mobility ay ang kakayahan ng mga electron at hole na tumugon nang napakabilis sa epekto ng inilapat na mga electric field, at ito ay lubhang mahalaga para sa field-effect transistors, ang pangunahing operating unit ng modernong electronics.
Mayroon ding mga prospect para sa paglikha ng iba't ibang biological at chemical sensor, pati na rin ang mga manipis na pelikula para sa mga photovoltaic device at touch screen. Sa kabila ng lahat ng ito, ang thermal conductivity ng graphene ay 10 beses na mas mataas kaysa sa tanso, at ang criterion na ito ay palaging napakahalaga para sa electronics.