Kakšna je razlika med grafenom in grafitom?

Izjemen kemični element, ogljik, je tisti, ki je primeren za številko 6 v štirinajsti skupini druge periode periodnega sistema kemičnih elementov. Že od pradavnine so ljudje poznali diamant in grafit, dve od več kot devetih doslej odkritih alotropskih modifikacij tega elementa. Mimogrede, ogljik ima v primerjavi z drugimi snovmi največje število alotropskih modifikacij, ki jih pozna sodobna znanost.

Alotropija pomeni možnost obstoja v naravi istega kemijskega elementa v obliki dveh ali več enostavnih snovi, tako imenovanih alotropskih oblik ali alotropskih modifikacij, ki povzročajo razlike med temi snovmi tako v zgradbi kot v lastnostih. Torej ima ogljik 8 takih osnovnih oblik: diamant, grafit, lonsdaleit, fulereni (C60, C540 in C70), amorfni ogljik in enostenske nanocevke.

Med temi oblikami ogljika so popolnoma različne lastnosti in značaji: mehke in trde, prozorne in neprozorne, poceni in drage snovi. Vendar pa primerjajmo dve podobni različici ogljika - grafit in grafen.

Vsi poznamo grafite že iz šole.Glava navadnega svinčnika je ravno grafitna. Je precej mehak, spolzek in masten na dotik, kristali so plošče, plasti atomov se nahajajo ena nad drugo, zato se pri drgnjenju, na primer po papirju, posamezni kosmiči plastne kristalne strukture grafita zlahka odluščijo , ki pušča značilno temno sled na papirju.

Grafit dobro prevaja električni tok, njegov upor je v povprečju 11 Ohm * mm2 / m, vendar prevodnost grafita ni enaka zaradi naravne anizotropije njegovih kristalov. Tako je prevodnost vzdolž ravnin kristala stokrat večja od prevodnosti v teh ravninah. Gostota grafita je od 2,08 do 2,23 g / cm3.

V naravi grafit nastaja pri visokih temperaturah v magmatskih in vulkanskih kamninah, v skarnih in pegmatitih. Pojavlja se v kremenčevih žilah z minerali v hidrotermalnih srednjetemperaturnih polimetalnih nahajališčih. Široko je razširjen v metamorfnih kamninah.

Tako so od leta 1907 na otoku Madagaskar razvijali največje svetovne zaloge naravnega kosmičastega grafita. Otok je sestavljen iz predkambrijskih metamorfnih kamnin, ki se dvigajo na površje v goratem terenu s hipsometričnimi oznakami 4000–4600 čevljev. Grafit se tukaj nahaja v pasu, dolgem 400 milj, in prevladuje nad gorami v vzhodnem delu središča otoka.

Grafen za razliko od grafita nima masivne kristalne strukture; ima dvodimenzionalno heksagonalno kristalno mrežo, debelo le en atom. Pri takšni alotropni modifikaciji ogljik sploh ne nastane naravno, ampak ga je teoretično mogoče pridobiti umetno. Lahko rečemo, da bo ravnina, namerno ločena od večplastne masivne kristalne strukture grafita, prav ta grafen.

Znanstveniki sprva niso mogli dobiti grafena v obliki preprostega dvodimenzionalnega filma zaradi nestabilnosti snovi v tej obliki. Vendar pa je bilo na substratu iz silicijevega oksida (zaradi vezi z dielektrično plastjo) še vedno mogoče dobiti en atom debel grafen: leta 2004 sta ruska znanstvenika Andrej Geim in Konstantin Novoselov z Univerze v Manchestru objavila poročilo v Science. o pridobivanju grafena na ta način.

In še danes so tako preproste metode pridobivanja grafena za raziskave, kot je mehansko luščenje ogljikovega monosloja iz razsutega kristala grafita z uporabo lepilnega traku (in podobnih metod), upravičene.

Raziskovalci verjamejo, da se bo zaradi njihovega napredka kmalu pojavil nov razred nanoelektronike na osnovi grafena, kjer bodo poljski tranzistorji debeli manj kot 10 nm. Dejstvo je, da je mobilnost elektronov v grafenu tako visoka (10.000 cm2 / V * s), da se zdi danes najbolj obetavna alternativa običajnemu siliciju.

Visoka mobilnost nosilcev je sposobnost elektronov in lukenj, da se izjemno hitro odzovejo na učinek uporabljenih električnih polj, kar je izjemno pomembno za poljske tranzistorje, osnovno delovno enoto sodobne elektronike.

Obstajajo tudi možnosti za ustvarjanje različnih bioloških in kemičnih senzorjev, pa tudi tankih filmov za fotovoltaične naprave in zaslone na dotik. Kljub vsemu je toplotna prevodnost grafena 10-krat višja od bakra in ta kriterij je za elektroniko vedno zelo pomemben.