Care este diferența dintre grafen și grafit?

Un element chimic remarcabil, carbonul este unul care se află în mod convenabil la numărul 6 în grupa a paisprezecea din a doua perioadă a tabelului periodic al elementelor chimice. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au cunoscut diamantul și grafitul, două dintre cele peste nouă modificări alotropice ale acestui element descoperite până acum. Apropo, carbonul este cel care are cel mai mare număr, în comparație cu alte substanțe, de modificări alotropice cunoscute de știința modernă.

Alotropia presupune posibilitatea existenței în natură a aceluiași element chimic sub forma a două sau mai multe substanțe simple, așa-numitele forme alotrope sau modificări alotropice, care provoacă diferențe în aceste substanțe atât ca structură, cât și ca proprietăți. Deci, carbonul are 8 astfel de forme de bază: diamant, grafit, lonsdaleit, fullerene (C60, C540 și C70), carbon amorf și nanotub cu un singur perete.

Printre aceste forme de carbon există proprietăți și caracter complet diferite: substanțe moi și dure, transparente și opace, ieftine și scumpe. Cu toate acestea, să comparăm două modificări similare ale carbonului - grafit și grafen.

Cu toții suntem familiarizați cu graffiti-ul încă de la școală.Mina unui creion obișnuit este exact grafit. Este destul de moale, alunecos și gras la atingere, cristalele sunt plăci, straturile de atomi sunt situate unul deasupra celuilalt, prin urmare, la frecare, de exemplu, pe hârtie, fulgii individuali ai structurii cristaline stratificate de grafit se desprind ușor. , lăsând pe hârtie o urmă caracteristică întunecată.

Grafitul conduce bine curentul electric, rezistența sa este în medie de 11 Ohm * mm2 / m, dar conductivitatea grafitului nu este aceeași datorită anizotropiei naturale a cristalelor sale. Astfel, conductivitatea de-a lungul planurilor cristalului este de sute de ori mai mare decât conductivitatea din aceste planuri. Densitatea grafitului este de la 2,08 la 2,23 g / cm3.

În natură, grafitul se formează la temperaturi ridicate în rocile magmatice și vulcanice, în skarns și pegmatite. Apare în filoane de cuarț cu minerale în depozite polimetalice hidrotermale cu temperatură intermediară. Este larg răspândit în rocile metamorfice.

Astfel, din 1907, pe insula Madagascar au fost dezvoltate cele mai mari rezerve de grafit natural din fulgi din lume. Insula este formată din roci metamorfice precambriene care se ridică la suprafață într-un teren muntos cu semne hipsometrice de 4.000-4.600 de picioare. Grafitul se găsește aici într-o centură de 400 de mile lungime și domină munții din partea de est a centrului insulei.

Grafenul, spre deosebire de grafit, nu are o structură cristalină în vrac; are o rețea cristalină hexagonală bidimensională, grosime de doar un atom. Într-o astfel de modificare alotropică, carbonul nu apare deloc în mod natural, dar teoretic poate fi obținut artificial. Putem spune că un plan separat în mod deliberat de structura cristalină în vrac multistratificată a grafitului va fi chiar acest grafen.

Oamenii de știință nu au reușit inițial să obțină grafen sub forma unui simplu film bidimensional, din cauza instabilității materiei sub această formă. Cu toate acestea, pe un substrat de oxid de siliciu (datorită legăturii cu stratul dielectric) a fost încă posibil să se obțină grafen cu grosimea unui atom: în 2004, oamenii de știință ruși Andrey Geim și Konstantin Novoselov de la Universitatea din Manchester au publicat un raport în Science. la obţinerea grafenului în acest mod.

Și chiar și astăzi, metode atât de simple de obținere a grafenului pentru cercetare, cum ar fi exfolierea mecanică a unui monostrat de carbon dintr-un cristal de grafit în vrac folosind bandă adezivă (și metode similare), sunt justificate.

Cercetătorii cred că, datorită progresului lor, va apărea în curând o nouă clasă de nanoelectronice pe bază de grafen, în care tranzistorii cu efect de câmp vor avea o grosime mai mică de 10 nm. Cert este că mobilitatea electronilor din grafen este atât de mare (10.000 cm2 / V * s) încât pare a fi cea mai promițătoare alternativă la siliciul convențional de astăzi.

Mobilitatea ridicată a purtătorului este capacitatea electronilor și a găurilor de a răspunde extrem de rapid la efectul câmpurilor electrice aplicate, iar acest lucru este extrem de important pentru tranzistoarele cu efect de câmp, unitatea de operare de bază a electronicii moderne.

Există, de asemenea, perspective pentru crearea diverșilor senzori biologici și chimici, precum și a peliculelor subțiri pentru dispozitive fotovoltaice și ecrane tactile. Cu toate acestea, conductivitatea termică a grafenului este de 10 ori mai mare decât cea a cuprului, iar acest criteriu este întotdeauna foarte important pentru electronică.