Графен и графит разница: Разница между графитом и графеном

Содержание

Разница между графитом и графеном

Основное различие между графитом и графеном состоит в том, что графит представляет собой аллотроп углерода, имеющий большое количество углеродных слоёв, тогда как графен представляет собой один углеродный слой графита.

Графит является известным аллотропом углерода. Более того, мы рассматриваем его как полуметалл, и он имеет слоистую структуру с несколькими слоями углерода, которые хорошо упакованы друг в друге. Один слой из этих слоев представляет собой графеновый лист. Графеновый лист рассматривается как наночастица в соответствии с его размерами.

Содержание
  1. Обзор и основные отличия
  2. Что такое графит
  3. Что такое графен
  4. В чем разница между графитом и графеном
  5. Заключение
Что такое графит?

Графит является стабильным аллотропом углерода, который имеет кристаллическую структуру и форму угля. И мы считаем его самородным минералом. Самородный минерал – это элемент, который встречается в природе без сочетания с каким-либо другим элементом. Кроме того, это самая стабильная форма углерода, которая встречается в стандартных условиях. Единственным повторяющимся звеном этого аллотропа является углерод (С). Имеет гексагональную кристаллическую систему. Этот аллотроп имеет цвет от железно-черного до стального-серого и имеет металлический блеск. Тем не менее, цвет полосы этого минерала черный (цвет, который появляется в его тонком порошке).

Графит

Мы будем называть решетчатую структуру этого аллотропа сотовой решеткой. Он имеет листы графена, разделенные на расстоянии 0,335 нм. В структуре решетки атомы углерода разделены на расстоянии 0,142 нм. Атомы углерода связаны друг с другом через ковалентные связи, один атом углерода имеет три ковалентные связи вокруг него. Поскольку валентность углерода равна 4, в каждом атоме углерода этой структуры находится четвертый незанятый электрон. Следовательно, он может свободно мигрировать, делая графит электропроводящим. Природный графит полезен в огнеупорах, батареях, сталеплавильном производстве, вспененном графите, тормозных накладках, литейных покрытиях и смазочных материалах.

Что такое графен?

Графен представляет собой лист из одного слоя графита. Это полуметалл. Этот лист содержит один слой атомов углерода в плоской структуре. Каждый атом углерода имеет три ковалентные связи вокруг них. Это называется гексагональной решетчатой ​​структурой. В отличие от графита, графен обладает многими необычными свойствами. Самое главное, это самый прочный материал, когда-либо испытанный. Он может эффективно проводить тепло и электричество. это соединение почти прозрачно.

Графеновый лист

Он имеет больший диамагнетизм, чем графит. Листы графена считаются наночастицами в соответствии с размерами (ширина листа находится в диапазоне от 1 до 100 нм). Атомы углерода этого листа имеют четыре связи, в том числе три сигма-связи вокруг атома углерода и одну пи-связь, ориентированную вне плоскости. Основное использование этих листов для производства углеродных нанотрубок.

В чем разница между графитом и графеном?

Графит является стабильным аллотропом углерода, который имеет кристаллическую структуру и форму угля. Имеет большое количество углеродных слоёв. Он хрупкий. Кроме того, атомы углерода графита связаны друг с другом через ковалентные связи, один атом углерода имеет три ковалентные связи и вокруг него и имеется свободный электрон. Графен представляет собой лист из слоя графита. В отличие от графита, у графена один углеродный слой. Кроме того, это самый прочный материал, когда-либо испытанный. Кроме того, этот углеродный лист имеет четыре связи, в том числе три сигма-связи вокруг атома углерода и одну пи-связь, ориентированную вне плоскости.

Заключение – Графит против Графена

Графит и графен являются очень важным углеродсодержащим материалом, связанным друг с другом. Разница между графитом и графеном заключается в том, что графит представляет собой аллотроп углерода, имеющий большое количество углеродных слоёв, тогда как графен представляет собой один углеродный слой графита.

ЕЩЁ РАЗ О ГРАФЕНЕ

Наука в Сибири, № 21 (2806) от 26 мая 2011 г.

Углерод — поистине удивительный элемент! Мало того, что он является основой живой материи и главным участником органической химии, углерод можно также отнести и к неорганическим материалам.

В. Фёдоров, доктор химических наук, главный научный сотрудник ИНХ СО РАН

Всем хорошо известны такие удивительные углеродные материалы как алмаз и графит. В этих двух аллотропных модификациях углерод изменяется до неузнаваемости. И хотя алмаз и графит обладают совершенно разными свойствами, они оба нашли широкое практическое применение во многих областях техники и технологии. Существование только этих двух модификаций могл бы создать углероду прекрасную репутацию. Однако этими формами замечательные свойства углерода не ограничиваются. Оказалось, что углерод может кристаллизоваться и в других неожиданных структурах — в виде цепочек (карбин), молекулярных глобул (фуллерены), нанотрубок (одностенных и многостенных), луковиц. Последние формы углерода были открыты благодаря интенсивным исследованиям наноматериалов, оказавшихся в фокусе современного материаловедения.

К этому списку сегодня можно добавить графен.

Термин «графен» как индивидуальный графитовый слой был определён в 1994 году по рекомендации ИЮПАК о номенклатуре интеркалированных соединений графита. Происхождение термина связано с аналогичными названиями полициклических ароматических углеводородов (антрацен, коронен и т.д.).

Недавние события, связанные с присуждением Нобелевской премии по физике Андре Гейму и Константину Новоселову за исследования свойств графена (2010 г.), сегодня, когда умолкли торжественные фанфары, уже не кажутся сенсационными. Действительно, графен — это не что-то необычное, это всего лишь один слой графита. Из этих слоев и создан природный минерал — графит. Вопрос в том, как получить моноатомный слой углерода. В графите моноатомные слои углерода взаимодействуют друг с другом; хотя такое взаимодействие достаточно слабое, тем не менее образуются трёхмерные кристаллы графита. Поскольку Нобелевские лауреаты — физики, то они воспользовались наиболее очевидным и простым приёмом — механическим расщеплением графита с помощью липкой скотч ленты. Им удалось оторвать от кристалла графита тонкую моноатомную пленку, которая и представляет собой графен. И в этом тоже нет ничего удивительного. Когда мы пишем карандашом, карандаш оставляет на бумаге графеновые слои. Ведь название графит происходит от древнегреческого «графо» — пишу.

Исследования графена показали, что этот материал имеет целый ряд замечательных свойств, которые существенно отличаются от графита. Зайдите в Интернет, и вы без труда найдете подробное описание достоинств графеновых материалов. Главные из них — в высокой подвижности носителей заряда, высокой теплопроводности, механической прочности, прозрачности. Эти свойства делают его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, в наноэлектронике. Развернувшиеся работы по изучению свойств графена показали, что области возможных приложений таких материалов достаточно широки — от электроники до медицины.

Однако известно, что для претворения материала в реальные приборы или устройства зачастую необходимо преодолеть разнообразные барьеры, в том числе и фундаментального характера. Здесь уместно вспомнить о неоправдавшихся ожиданиях, связанных с другими интересными соединениями — высокотемпературными сверхпроводниками, которые также были отмечены Нобелевской премией по физике в 1987 г. По-видимому, реальные результаты по созданию приборов на основе графена можно будет оценить уже в недалеком будущем.

В настоящее время основная проблема графенового материаловедения упирается в удобные и надежные методы получения материала с высокими характеристиками не только в лабораторном масштабе, но и пригодных для промышленного производства. И здесь надежды связывают с химическими методами синтеза. Понятно, что предстоят очень большие усилия по разработке таких подходов, которые позволили бы получать совершенные плёнки графена.

В ИНХе проводятся исследования по химическим методам получения плёнок графена с помощью коллоидных дисперсий графена, а также разрабатываются основы по химической модификации таких материалов посредством допирования графена электронодонорными и акцепторными атомами с целью регулирования электрофизических свойств.

Значение открытия графена сегодня можно оценивать по-разному. Одно совершенно очевидно, что оно очень существенно стимулировало работы с этими материалами в разнообразных направлениях (в последние годы публикуется более 3 тысяч статей в год!). Другим очень интересным поворотом событий в данной области является возникший повышенный интерес исследователей к другим родственным неорганическим материалам, в частности, к слоистым халькогенидам переходных металлов. Подобные материалы в прошлом широко исследовались, однако в настоящее время они рассматриваются с новой точки зрения. В частности, в отличие от графена, обладающего металлическими свойствами, слоистые халькогениды являются полупроводниками с удобной величиной щели для создания таких важных приборов как полевые транзисторы.

Нет сомнения, что низкоразмерные материалы различной природы со слоистой и цепочечной структурой становятся весьма привлекательными объектами. Будем ждать интересных результатов и новых открытий.

стр. 5

Версия для печати (постоянный адрес статьи) http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?6+593+1

Семь обличий углерода

Важная область практического применения новейших открытий в области физики, химии и даже астрономии — создание и исследование новых материалов с необычными, подчас уникальными свойствами. О том, в каких направлениях ведутся эти работы и чего уже сумели добиться ученые, мы расскажем в серии статей, созданных в партнерстве с Уральским федеральным университетом. Первый наш текст посвящен необычным материалам, которые можно получить из самого обычного вещества — углерода.

Если спросить у химика, какой элемент самый важный, можно получить массу разных ответов. Кто-то скажет про водород — самый распространенный элемент во Вселенной, кто-то про кислород — самый распространенный элемент в земной коре. Но чаще всего вы услышите ответ «углерод» — именно он лежит в основе всех органических веществ, от ДНК и белков до спиртов и углеводородов.

Наша статья посвящена многообразным обличьям этого элемента: оказывается, только из его атомов можно построить десятки различных материалов — от графита до алмаза, от карбина до фуллеренов и нанотрубок. Хотя все они состоят из абсолютно одинаковых атомов углерода, их свойства радикально отличаются — а главную роль в этом играет расположение атомов в материале.

Графит

Чаще всего в природе чистый углерод можно встретить в
форме графита — мягкого черного материала, легко расслаивающегося и словно
скользкого на ощупь. Многие могут вспомнить, что из графита делаются грифели
карандашей — но это не всегда верно. Часто грифель делают из композита
графитовой крошки и клея, но встречаются и полностью графитовые карандаши.
Интересно, но на карандаши уходит больше одной двадцатой всей мировой добычи
естественного графита.

Чем необычен графит? В первую очередь, он хорошо проводит
электрический ток — хотя сам углерод и не похож на другие металлы. Если взять
пластинку графита, то окажется, что вдоль ее плоскости проводимость примерно в сто
раз больше, чем в поперечном направлении. Это напрямую связано с тем, как организованы
атомы углерода в материале.

Если посмотреть на структуру графита, то мы увидим, что она
состоит из отдельных слоев толщиной в один атом. Каждый из слоев — сетка из
шестиугольников, напоминающая собой соты. Атомы углерода внутри слоя связаны
ковалентными химическими связями. Более того, часть электронов, обеспечивающих
химическую связь, «размазана» по всей плоскости. Легкость их перемещения и
определяет высокую проводимость графита вдоль плоскости углеродных чешуек.

Отдельные слои соединяются между собой благодаря
ван-дер-ваальсовым силам — они гораздо слабее, чем обычная химическая связь, но
достаточны для того, чтобы кристалл графита не расслаивался самопроизвольно.
Такое несоответствие приводит к тому, что электронам гораздо сложнее
перемещаться перпендикулярно плоскостям — электрическое сопротивление
возрастает в 100 раз.

Благодаря своей электропроводности, а также возможности
встраивать атомы других элементов между слоями, графит применяется в качестве
анодов литий-ионных аккумуляторов и других источников тока. Электроды из
графита необходимы для производства металлического алюминия — и даже в
троллейбусах используются графитовые скользящие контакты токосъемников.

Кроме того, графит — диамагнетик, причем обладающий одной из
самых высоких восприимчивостей на единицу массы. Это означает, что если
поместить кусочек графита в магнитное поле, то он всячески будет пытаться
вытолкнуть это поле из себя — вплоть до того, что графит может левитировать над
достаточно сильным магнитом.

И последнее важное свойство графита — невероятная
тугоплавкость. Самым тугоплавким веществом на сегодняшний день считается один
из карбидов гафния с температурой плавления около 4000 градусов Цельсия. Однако
если попытаться расплавить графит, то при давлениях около ста атмосфер он
сохранит твердость вплоть до 4800 градусов Цельсия (при атмосферном давлении
графит сублимирует — испаряется, минуя жидкую фазу). Благодаря этому материалы
на основе графита используют, например, в корпусах ракетных сопел.

Алмаз

Многие материалы под давлением начинают менять свою атомарную
структуру — происходит фазовый переход. Графит в этом смысле ничем не
отличается от других материалов. При давлениях в сто тысяч атмосфер и
температуре в 1–2 тысячи градусов Цельсия слои углерода начинают сближаться
между собой, между ними возникают химические связи, а когда-то гладкие
плоскости становятся гофрированными. Образуется алмаз, одна из самых красивых
форм углерода.

Свойства алмаза радикально отличаются от свойств графита —
это твердый прозрачный материал. Его чрезвычайно сложно поцарапать (обладатель
10-ки по шкале твердости Мооса, это максимум твердости). При этом электропроводность
алмаза и графита отличается в квинтиллион раз (это число с 18 нулями).

Алмаз в горной породе

Wikimedia Commons

Этим определяется применение алмазов: большая часть
добываемых и получаемых искусственно алмазов используется в металлообработке и
других отраслях промышленности. Например, широко распространены точильные диски
и режущие инструменты с алмазным порошком или напылением. Алмазные напыления
используются даже в хирургии — для скальпелей. Об использовании этих камней в
ювелирной промышленности хорошо известно всем.

Потрясающая твердость находит применение и в научных
исследованиях — именно с помощью высококачественных алмазов в лабораториях
изучают материалы при давлениях в миллионы атмосфер. Подробнее об этом можно
прочитать в нашем материале «Путешествие к
центру Земли».

Графен

Вместо того чтобы сжимать и нагревать графит, мы, следуя за Андреем
Геймом и Константином Новоселовым, приклеим к кристаллу графита кусочек
скотча. Затем отклеим его — на скотче останется тонкий слой графита. Повторим
эту операцию еще раз — приложим скотч к тонкому слою и снова отклеим. Слой
станет еще тоньше. Повторив процедуру еще несколько раз, мы получим графен —
материал, за который вышеупомянутые британские физики получили Нобелевскую
премию в 2010 году.

Графен представляет собой плоский монослой из атомов углерода,
полностью идентичный атомарным слоям графита. Его популярность связана с необычным
поведением электронов в нем. Они двигаются так, словно бы вовсе не обладают
массой. В действительности, конечно, масса электронов остается все той же, что
и в любом веществе. Во всем «виноваты» атомы углерода графенового каркаса,
притягивающие заряженные частицы и образующие особенное периодическое поле.

Устройство на основе графена. На заднем плане фотографии — золотые контакты, над ними находится графен, выше — тонкий слой полиметилметакрилата

Engineering at Cambridge / flickr.com

Следствием такого поведения стала большая подвижность
электронов — они перемещаются в графене гораздо быстрее, чем в кремнии. По этой
причине многие ученые надеются, что основой электроники будущего станет именно
графен.

Интересно, что у графена есть углеродные собратья — пентаграфен
и фаграфен. Первый
из них состоит из немного искаженных пятиугольных секций и, в отличие от
графена, плохо проводит электрический ток. Фаграфен состоит из пяти-, шести- и
семиугольных секций. Если свойства графена одинаковы во всех направлениях, то
фаграфен будет обладать выраженной анизотропией свойств. Оба этих материала
были предсказаны теоретически, но в реальности пока не существуют.

Обломок кремниевого монокристалла (на переднем плане) на вертикальном массиве углеродных нанотрубок

zeiss. com

Углеродные нанотрубки

Представьте себе, что вы свернули небольшой кусочек графенового листа в трубку и склеили ее края. Получилась полая конструкция, состоящая из тех же самых шестиугольников атомов углерода, что и графен и графит, — углеродная нанотрубка. Этот материал во многом родственен графену — он обладает высокой механической прочностью (когда-то из углеродных нанотрубок предлагали строить лифт в космос), высокой подвижностью электронов.

Однако есть одна необычная особенность. Графеновый лист можно скручивать параллельно воображаемому краю (стороне одного из шестиугольников), а можно и под углом. Оказывается, от того, как мы скрутим углеродную нанотрубку, будут очень сильно зависеть ее электронные свойства, а именно: будет она больше похожа на полупроводник с запрещенной зоной или на металл.

Многослойная углеродная нанотрубка

Wikimedia commons

Когда углеродные нанотрубки наблюдались впервые, достоверно неизвестно. В 1950–1980-х года разные группы исследователей, занимавшихся катализом реакций с участием углеводородов (например, пиролиза метана), обращали внимание на продолговатые структуры в саже, покрывавшей катализатор. Сейчас, чтобы синтезировать углеродные нанотрубки только конкретного вида (конкретной хиральности), химики предлагают использовать специальные затравки. Это небольшие молекулы в виде колец, состоящих, в свою очередь, из шестиугольных бензольных колец. Про работы по их синтезу можно почитать, например, здесь.

Как и графен, углеродные нанотрубки могут найти большое применение в микроэлектронике. Уже сейчас созданы первые транзисторы на нанотрубках, превосходящие по своим свойствам традиционные кремниевые приборы. Кроме того, нанотрубки легли в основу транзистора с самым маленьким затвором в мире.

Карбин

Говоря о вытянутых структурах из атомов углерода, нельзя не упомянуть карбины. Это линейные цепочки, которые по оценкам теоретиков могут оказаться самым прочным материалом из возможных (речь идет об удельной прочности). К примеру, модуль Юнга для карбина оценивается в 10 гиганьютон на килограмм. У стали этот показатель в 400 раз меньше, у графена — по меньшей мере в два раза меньше.

Тонкая нить, тянущаяся к железной частице внизу — карбин

Wikimedia Commons

Карбины бывают двух типов, в зависимости от того, как устроены связи между атомами углерода. Если все связи в цепочке одинаковые, то речь идет о кумуленах, если же связи чередуются (одинарная-тройная-одинарная-тройная и так далее), то о полиинах. Физики показали, что нить карбина можно «переключать» между этими двумя видами путем деформации — при растяжении кумулен превращается в полиин. Интересно, что это радикально меняет электрические свойства карбина. Если полиин проводит электрический ток, то кумулен— диэлектрик.

Главная сложность в изучении карбинов — их очень сложно синтезировать. Это химически активные вещества, к тому же легко окисляющиеся. На сегодняшний день получены цепочки длиной лишь в шесть тысяч атомов. Чтобы достигнуть этого, химикам пришлось растить карбин внутри углеродной нанотрубки. Кроме того, синтез карбина поможет побить рекорд размера затвора в транзисторе — его удастся уменьшить до одного атома.

Фуллерены

Хотя шестиугольник — одна из самых стабильных конфигураций, которые могут образовывать атомы углерода, есть целый класс компактных объектов, где встречается правильный пятиугольник из углерода. Эти объекты называются фуллеренами.

В 1985 году Гарольд Крото, Роберт Кёрл и Ричард Смолли исследовали пары углерода и то, в какие фрагменты слипаются атомы углерода при охлаждении. Оказалось, что в газовой фазе есть два класса объектов. Первый — кластеры, состоящие из 2–25 атомов: цепочки, кольца и другие простые структуры. Второй — кластеры, состоящие из 40–150 атомов, не наблюдавшиеся ранее. За следующие пять лет химикам удалось доказать, что этот второй класс представляет собой полые каркасы из атомов углерода, наиболее устойчивый из которых состоит из 60 атомов и повторяет по форме футбольный мяч. C60, или бакминстерфуллерен, состоял из двадцати шестиугольных секций и 12 пятиугольных, скрепленных между собой в сферу.

Открытие фуллеренов вызвало большой интерес химиков. Впоследствии был синтезирован необычный класс эндофуллеренов  — фуллеренов, в полости которых находился какой-либо посторонний атом или небольшая молекула. К примеру, всего лишь год назад в фуллерен впервые поместили молекулу плавиковой кислоты, что позволило очень точно определить ее электронные свойства.  

Фуллериты — кристаллы фуллеренов

Wikimedia Commons

В 1991 году оказалось, что фуллериды — кристаллы фуллеренов, в которых часть полостей между соседними многогранниками занимают металлы, — это молекулярные сверхпроводники с рекордно высокой температурой перехода для этого класса, а именно 18 кельвин (для K3C60). Позднее нашлись фуллериды и с еще большей температурой перехода — 33 кельвина,  Cs2RbC60. Такие свойства оказались напрямую связаны с электронной структурой вещества.

Q-углерод

Среди недавно открытых форм углерода можно отметить так называемый Q-углерод. Впервые он был синтезирован американскими материаловедами из Университета Северной Каролины в 2015 году. Ученые облучали аморфный углерод с помощью мощного лазера, локально разогревая материал до 4000 градусов Цельсия. В результате примерно четверть всех атомов углерода в веществе принимала sp2-гибридизацию, то есть то же электронное состояние, что и в графите. Остальные атомы Q-углерода сохраняли гибридизацию, характерную для алмаза.

Q-углерод

ncsu.edu

В отличие от алмаза, графита и других форм углерода, Q-углерод оказался ферромагнетиком, таким как магнетит или железо. При этом его температура Кюри составила около 220 градусов Цельсия — только при таком нагреве материал терял свои магнитные свойства. А при допировании Q-углерода бором физики получили еще один углеродный сверхпроводник, с температурой перехода уже около 58 кельвинов.

***

Перечисленное — не все известные формы углерода. Более того, прямо сейчас теоретики и экспериментаторы создают и изучают новые углеродные материалы. В частности, такие работы ведутся в Уральском федеральном университете. Мы обратились к Анатолию Федоровичу Зацепину, доценту и главному научному сотруднику Физико-технологического института УрФУ, чтобы выяснить, как можно предсказывать свойства еще не синтезированных материалов и создавать новые формы углерода.

Анатолий Зацепин работает над одним из шести прорывных научных проектов УрФУ «Разработка фундаментальных основ новых функциональных материалов на базе низкоразмерных модификаций углерода». Работа осуществляется с академическими и индустриальными партнерами России и мира.

Проект реализует Физико-технологический институт УрФУ — стратегическая академическая единица (САЕ) университета. От успеха исследователей зависят позиции университета в российских и международных рейтингах, прежде всего в предметных.

N + 1: Свойства углеродных наноматериалов очень сильно зависят от структуры и варьируются в широких пределах. Можно ли как-то заранее предсказать свойства материала по его структуре?

Анатолий Зацепин: Предсказать можно, и мы этим занимаемся. Существуют методы компьютерного моделирования, с помощью которых осуществляются расчеты из первых принципов (ab initio) — мы закладываем определенную структуру, моделируем и берем все фундаментальные характеристики атомов, из которых состоит эта структура. В результате получаются те свойства, которыми может обладать материал или новое вещество, которое мы моделируем. В частности, что касается углерода, мы сумели смоделировать новые модификации, не известные природе. Их можно создать искусственно.

В частности, наша лаборатория на физтехе УрФУ сейчас занимается разработкой, синтезом и исследованиями свойств новой разновидности углерода. Ее можно назвать так: двумерно-упорядоченный линейно-цепочный углерод. Такое длинное название связано с тем, что этот материал представляет из себя так называемую 2D-структуру. Это пленки, составленные из отдельных цепей углерода, причем в пределах каждой цепи атомы углерода находятся в одной и той же «химической форме» — sp1-гибридизация. Это придает совершенно необычные свойства материалу, в цепочках sp1-углерода прочность превышает прочность алмаза и других углеродных модификаций.

Когда мы формируем из этих цепочек пленки, получается новый материал, обладающий свойствами, присущими цепочкам углерода, плюс к тому совокупность этих упорядоченных цепочек формирует двумерную структуру или сверхрешетку на специальной подложке. Такой материал обладает большими перспективами не только благодаря механическим свойствам. Самое главное, что углеродные цепочки в определенной конфигурации можно замкнуть в кольцо, при этом возникают очень интересные свойства, такие как сверхпроводимость, а магнитные свойства таких материалов могут быть лучше, чем у существующих ферромагнетиков.

Задача остается в том, чтобы их реально создать. Наше моделирование показывает путь, куда двигаться.

Как сильно отличаются реальные и предсказанные свойства материалов?

Погрешность всегда существует, но дело в том, что расчеты и моделирование из первых принципов используют фундаментальные характеристики отдельных атомов — квантовые свойства. И когда на таком микро- и наноуровне из этих квантовых атомов формируются структуры, то ошибки связаны с существующим ограничением теории и тех моделей, которые существуют. Например, известно, что уравнение Шредингера точно можно решить только для атома водорода, а для более тяжелых атомов надо использовать определенные приближения, если мы говорим о твердых телах или более сложных системах.

С другой стороны — ошибки могут возникать за счет компьютерных вычислений. При всем этом грубые ошибки исключены, а точности вполне достаточно, чтоб предсказать то или иное свойство или эффект, которые будут присущ данному материалу.

Много ли материалов можно предсказать такими способами?

Если говорить об углеродных материалах, то тут много вариаций, и я уверен, что многое еще не исследовано и не открыто. В УрФУ есть все для исследования новых углеродных материалов, и впереди предстоит большая работа.

Мы занимаемся и другими объектами, к примеру, кремниевыми материалами для микроэлектроники. Кремний и углерод — это, кстати, аналоги, они находятся в одной группе в таблице Менделеева.

Владимир Королёв

РАЗНИЦА МЕЖДУ ГРАФИТОМ И ГРАФЕНОМ | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ — НАУКА

В ключевое отличие между графитом и графеном заключается в том, что графит — это аллотроп углерода, имеющий большое количество углеродных листов, тогда как графен представляет собой один углеродный ли

В ключевое отличие между графитом и графеном заключается в том, что графит — это аллотроп углерода, имеющий большое количество углеродных листов, тогда как графен представляет собой один углеродный лист графита.

Графит — это хорошо известный аллотроп углерода. Более того, мы рассматриваем его как полуметалл, и он имеет слоистую структуру с несколькими слоями углерода, которые хорошо уложены друг на друга. Один слой из этих слоев представляет собой лист графена. Лист графена считается наночастицей по своим размерам.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое графит
3. Что такое графен
4. Сравнение бок о бок — графит и графен в табличной форме
5. Резюме

Что такое графит?

Графит — это стабильный аллотроп углерода, имеющий кристаллическую структуру и форму угля. И мы считаем его исконным минералом. Самородный минерал — это элемент, который встречается в природе без соединения с другими элементами. Кроме того, это наиболее стабильная форма углерода, встречающаяся при стандартных условиях. Единственная повторяющаяся единица этого аллотропа — углерод (C). Он имеет гексагональную кристаллическую систему. Этот аллотроп имеет цвет от черного железа до серо-стального и имеет металлический блеск. Однако цвет полос этого минерала черный (цвет, который проявляется в его тонком порошке).

Мы называем решетчатую структуру этого аллотропа сотовой решеткой. Листы графена разделены на расстояние 0,335 нм. В структуре решетки атомы углерода разделены на расстояние 0,142 нм. Атомы углерода связаны друг с другом ковалентными связями, причем один атом углерода имеет три ковалентные связи вокруг себя. Поскольку валентность углерода равна 4, в каждом атоме углерода этой структуры есть четвертый незанятый электрон. Следовательно, он может свободно перемещаться, делая графит электропроводящим. Природный графит используется в огнеупорах, батареях, сталеплавильном производстве, расширенном графите, тормозных накладках, литейных покрытиях и смазках.

Что такое графен?

Графен — это единственный слой из множества слоев графита. Это полуметалл. Этот лист содержит один слой атомов углерода в плоской структуре. Каждый атом углерода имеет три ковалентные связи вокруг себя. Мы называем это гексагональной решетчатой ​​структурой. В отличие от графита, графен обладает множеством необычных свойств. Самое главное, что это самый прочный материал из когда-либо испытанных. Он может эффективно проводить тепло и электричество. это соединение почти прозрачное.

Он имеет больший диамагнетизм, чем графит. Листы графена считаются наночастицами в соответствии с размерами (ширина листа находится в диапазоне от 1 до 100 нм). Атомы углерода этого листа имеют четыре связи, включая три сигма-связи вокруг атома углерода и одну пи-связь, ориентированную вне плоскости. Основное применение этих листов — производство углеродных нанотрубок.

В чем разница между графитом и графеном?

Графит — это стабильный аллотроп углерода, имеющий кристаллическую структуру и форму угля. Он имеет большое количество углеродных листов. Он хрупкий. Более того, атомы углерода графита связаны друг с другом ковалентными связями, причем один атом углерода имеет три ковалентные связи вокруг него, и имеется свободный электрон. Графен — это единственный слой из множества слоев графита. В отличие от графита, это цельный углеродный лист. Кроме того, это самый прочный материал из когда-либо испытанных. Кроме того, этот углеродный лист имеет четыре связи, включая три сигма-связи вокруг атома углерода и одну пи-связь, ориентированную вне плоскости. Это основные различия между графитом и графеном.

Резюме — Графит против графена

Графит и графен — очень важные углеродсодержащие материалы, которые связаны друг с другом. Разница между графитом и графеном состоит в том, что графит представляет собой аллотроп углерода, имеющий большое количество углеродных листов, тогда как графен представляет собой один углеродный лист графита.

«материал будущего»: где его можно применять?

Об удивительном «материале будущего» — графене — говорят, пишут, спорят, пытаются доказать, что он может иметь успех в будущем. А всё потому, что графен за последние десять лет наделал в научном мире столько шума, что постепенно получает применение практически во всех сферах человеческой деятельности.

Уверен, что вы немного слышали об этом чудо-материале, может даже читали о его применении. Сегодня я попробую собрать все известные факты его применения в нашей современной жизни.

Содержание

  1. Самая тонкая лампочка в мире
  2. Графен действует, как сверхпроводник
  3. Лучшая акустическая система
  4. Тонкие бронежилеты
  5. Фильтрация соли из морской воды
  6. Краска будущего
  7. Спортивная обувь
  8. На страже нашего здоровья
  9. Графеновые аккумуляторы

Что собой представляет графен?

Впервые мир услышал о графене в 2004 году, когда в журнале Science британскими исследователями российского происхождения из Манчестерского университета Андреем Геймом и Константином Новосёловым была опубликована статья об этом удивительном материале. Стоит отметить, что в 2010 году ученные получили за своё изобретение Нобелевскую премию. Прежде всего, представьте себе материал в миллион раз тоньше бумаги. Невероятно прочный, сложенный из «пчелиных сот», незаметных невооруженному взгляду. Гибкий, эластичный, стабильный при комнатной температуре. Обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Вы скажете, что один материал не может совмещать в себе все эти свойства, но не тут-то было. Это как раз и есть свойства графена. По сути, «материал будущего» представляет собой первый строго двумерный материал. Свойства любого материала определяются не только химическим составом, но и расположением атомов. С углеродом это особенно понятно. Всем известно, насколько разные алмаз и графит, хотя состоят они из одних и тех же атомов углерода. Но эти атомы разным образом упорядочены в пространстве, что приводит к колоссальному различию свойств.

Во всех известных до недавнего времени материалах атомы упорядочены в трех измерениях, поэтому они, соответственно, имеют длину, ширину и высоту. А графен – это один слой углеродных атомов, взятый из графита. У него есть длина и ширина, а высоты, по сути, нет, поэтому мы и называем его двумерным. 

Графен – двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем, толщиной в один атом, организованным в гексагональную кристаллическую решетку. Его можно представить, как плоскость, срез графита, отделенный от объемного кристалла. Графен обладает огромной механической прочностью и рекордно высокой теплопроводностью. Необычайно высокая подвижность электронов в нем делает графен перспективным материалом для использования в самых различных областях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах.

Это один из самых сложных в мире материалов, который в 100 раз превосходит по прочности сталь, обладает огромной гибкостью и множеством других возможностей. На самом деле графен, по-видимому, является одним из самых полезных новых материалов. Где уже применяют графен?

Самая тонкая лампочка в мире

Коллектив ученых из Колумбийского университета и Сеульского национального университета (SNU) сумел создать самую тонкую лампочку в мире благодаря графену. Ученые создают устройство с использованием небольших графитовых нитей, которые прикреплены к металлическим электродам и кремниевой подушке.

Известно, что исследователи создали микролампочку, присоединив к металлическим электродам крошечные нити из графеновой пленки, при этом вся структура лампочки располагалась на одном кремниевом основании. Потом пропустили ток через нити, чтобы заставить их нагреться. Команда смогла показать, что графен достигал температур выше 2500 градусов по Цельсию, достаточно горячий, чтобы ярко светиться. Руководитель проекта профессор Джеймс Хон утверждает, что «они создали то, что является самой тонкой в мире лампой накаливания», которую можно найти в смарт-переносных устройствах.

В настоящее время исследователи заняты доработкой их изобретения, конструкция которого должна стать более технологичной. Кроме этого, сейчас проводятся измерения скоростных параметров графеновых источников света, скорости их включения и выключения, что имеет важное значения для использования таких источников света в оптических коммуникациях. Кроме этого, производятся поиски технологических методов, которые позволят включить такие источники света в состав тонких и гибких электронных устройств.

Графен действует, как сверхпроводник

Графен также может выступать в качестве сверхпроводника, а это означает, что электрический ток может проходить через него с нулевым сопротивлением. Это открытие было сделано исследователями из Кембриджского университета в Великобритании. Эффект активируется путем прикрепления графена к материалу, который называется praseodymium cerium copper oxide (PCCO). Как это качество графена может помочь? В будущем, благодаря этому открытию, ученые могут обеспечить источник неограниченной энергии.

Разработчики признались, что у них есть мечта создать такой источник неограниченной энергии, который бы позволил зарядить однажды ноутбук или смартфон, а потом можешь забыть о том, чтобы снова заряжать. Проще говоря, одной зарядки должно хватить на всё время, пока ваше устройство будет полноценно работать.

В настоящее время проблема заключается лишь в том, что такие сверхпроводники работают только при крайне низких температурах. Хотя материал PCCO, используемый в этом эксперименте, также охлаждался до очень низкой температуры, есть надежда, что в будущем можно будет выбрать альтернативные материалы, которые могут быть ближе к комнатной температуре.

Лучшая акустическая система

Всем нам известно, что для создания звука обычные динамики создают механические вибрации. Тем не менее, графен может предложить совсем иной подход. Исследователи из Университета Эксетера, Великобритания, продемонстрировали, как этот материал может генерировать сложные и управляемые звуковые сигналы при нагревании и охлаждении. Принцип работы нового динамика основывается на перемене температуры графена, изменения которой приводят к возникновению звука. Ранее графен уже применялся при создании динамиков, но в прошлом из него делали диффузоры, что приводило к увеличению эффективности работы устройства. Из нового же динамика исчезли все движущиеся части, что позволило в разы уменьшить его размер и увеличить эффективность. Динамик выполнен в форм-факторе микропроцессора размером с ноготь большого пальца. Внутри корпуса процессора, помимо самого динамика, спрятаны усилитель и даже графический эквалайзер. Новая технология не включает движущиеся части и не использует вибрации. Графен, который почти полностью прозрачен и способен воспроизводить сложные звуки без физического движения, может запустить новое поколение аудиовизуальных технологий. Результатом открытий может стать возможность включения динамиков в ультратонкие технологии сенсорного экрана, в которых экран способен создавать звук самостоятельно. В таком случает потребность в отдельных динамиках отпадёт.

Тонкие бронежилеты

Все мы знаем, что человеческая жизнь бесценна, поэтому всячески стараемся защитить ее, в том числе и с помощью бронежилетов. Но они громоздкие, тяжелые, неудобные, сковывают движение. Но использование графена перевернет в будущем ваше представление о бронежилетах.

Так, ученые из Georgia Tech обнаружили, что пленка из графена, нанесенная в два слоя, может защитить от пули. Этот сверхлегкий и сверхпрочный материал они назвали «диамином» и предлагают использовать в производстве бронежилетов.

Результаты своих разработок ученые успешно продемонстрировали перед почтенной публикой в Городском университете Нью-Йорка. В эксперименте команда показала, что даже алмазный наконечник не способен пробить двухслойную эпитаксиальную пленку графена.

Можно предположить, что как и ультралегкие, пуленепробиваемые пленки, так и износостойкие, гибкие, защитные покрытия могут быть использованы для защиты экрана и корпуса устройств, например, в смартфонах, планшетах и ноутбуках.

Фильтрация соли из морской воды

Запасы пресной воды на Земле с каждым годом уменьшаются. Проблема недостатка питьевой воды сейчас стоит в одном ряду с проблемой голода. А ведь вода занимает 71% земной поверхности, хотя ее постоянно человечеству не хватает. А все потому, что большая ее часть находится в океане, то есть попросту она солёная и не пригодна для питья.

Специалистам из университета Синсю и Государственного университета Пенсильвании удалось частично решить проблему фильтрации соли из морской воды, разработав интересный способ опреснения воды с помощью сита из мембран, произведенных из оксида графена.

Суть в том, что в обычных условиях отфильтровать соль не получается, так как ее ионы меньше молекул воды. Но мембраны из оксида графена с этим справляются, блокируя ионы соли. Тем самым, пропуская при этом саму воду. Правда, есть нюанс — это создать фильтры подобного рода, которые смогли бы протянуть достаточно долго при непрерывной работе. Например, хлор очень быстро разрушает подобные материалы, и потому ученые решили найти способ получше.Они разработали гибридный фильтр, в мембрану которого входит чистый графен, который лучше сопротивляется хлору. К тому же такая мембрана не разрушается при сильном течении, да и в производстве дешевле. В результате она отфильтровывает 85% соли, просто пропуская воду через себя, и никакой дополнительной энергии или электричества для этого процесса не нужно. Но полученная вода недостаточно чиста для питья, но идеально подходит для использования в сельском хозяйстве.

Однако это ничто по сравнению с недавними исследованиями, полученными в Манчестерском университете Великобритании. Там исследователи использовали графен для фильтрации цвета виски — превращая его в прозрачную жидкость. То есть, получили возможность менять цвет жидкости, что весьма интересно.

Краска будущего

Команда ученых из Института полимерных исследований им. Лейбница в Германии разработала графеновое покрытие, которое может сигнализировать специалистам о возможном повреждении конструкций, к примеру, моста, простым изменением цвета. Команда опубликовала свои результаты в журнале Material Horizons , в котором рассказывается о развитии и потенциальных применениях графена в этой сфере. 

Вдохновленные тем, как скалы отражают свет, они создали покрытие, которое позволяет увеличить некоторую длину волны света за счет других. В настоящее время работа по созданию данной краски все еще находится на ранней стадии, так как еще многое предстоит сделать с точки зрения исследований и инвестиций, чтобы решить проблемы, связанные с расширением производства, контролем параметров и т. д. 

Однако, если эти исследования будут эффективно решены, цветные графеновые покрытия потенциально могут стать неоценимым инструментом в арсенале конструкторов, инженеров-конструкторов.

Спортивная обувь

В декабре 2017 года исследователи из частного университета Райса (Хьюстон) сообщили, что им удалось создать удивительные кроссовки из графена. И добавили, что их спортивная обувь отличается невероятной прочностью и износостойкостью, но при этом очень удобная и характеризуется отличными электропроводящими свойствами.

Особенно поражает эластичность спортивных кроссовок из графена: их можно скрутить, согнуть, сложить и растянуть без какого-либо ущерба для своей структуры. При этом ее эластичность, прочность и износостойкость на 50% выше, чем у самой крепкой спортивной обуви, создаваемой сегодня. Так, в ходе эксперимента ученые выяснили, их кроссовки выдержат беспрерывную нагрузку минимум в 500 км. При этом обувь не потеряет своего внешнего вида. 

В продаже кроссовки из графена должны появиться уже в этом году. Стоимость их не будет баснословно высокой, и составит всего лишь $200. Уверен, что каждый захочет иметь прочные кроссовки из графена. Их продажей будет заниматься один из известных брендов спортивной одежды — британская компания inov-8.

На страже нашего здоровья

Ученые из Университета штата Иллинойс, Чикаго, продемонстрировали, как графен легко обнаруживает раковые клетки. В своих попытках они помещали клетки мозга, взятые у мышей, на графитовый лист, и обнаружили, что они способны отличить одну клетку нормального клеточного рака. Связан этот феномен с тем, что графен обладает удивительной электрической проводимостью. При контакте с гиперактивной раковой клеткой, электрическое поле, окружающее её, отталкивает электроны в долевом облаке графена. Это меняет энергию колебаний атомов углерода, а разницу эту можно заметить и выявить ту самую раковую клетку.

Исследователи из Техасского университета в Остине и вовсе решили использовать графен для диагностики состояния здоровья человека. Ими были разработаны уникальные прозрачные татуировки, которые дают возможность с высокой точностью определять температуру тела и гидратацию человеческой кожи.  Более того, они могут делать электрокардиограмму, электромиографию и считывать электроэнцефалограммы для измерения электрической активности сердца, мышц и мозга. Работы в этом направлении еще ведутся, и кто знает, может в будущем нас ждут еще и новые открытия в диагностике нашего организма при помощи графена.

Графеновые аккумуляторы

Уверен, что каждый из нас мечтает о том, чтобы его смартфон, планшет или ноутбук заряжался за считанные минуты. Возможно, уже совсем скоро нашим мечтам суждено осуществиться. Так, китайская компания  под названием Dongxu Optoelectronic создала батарею G-King, которая имеет мощную емкость — 4800 мА*ч, но ее можно заряжать от пустого до полного в течение 15 минут. Также создатели аккумулятора рассчитывают, что он может выдержать 3 500 циклов разрядки и зарядки. Это примерно в семь раз превосходит срок службы средней литий-ионной батареи. А всё благодаря удивительному «материалу будущего» — графену. Он обладает огромным технологическим потенциалом. Помимо увеличения эффективности батарей в устройствах, материал может пригодиться для создания устройств с гибкими экранами, различные версии которых сейчас разрабатываются.

В сухом остатке

Пусть ученым удалось получить небольшое количество графена, но то, что он имеет большой потенциал в будущем, вселяет большие надежды. Возможно, уже очень скоро мы будем пользоваться смартфонами с дисплеем, корпусом и аккумулятором из графена, ходить в обуви, сделанной из этого чудо-материала, носить прозрачные татуировки для диагностики состояния здоровья и ездить на автомобилях, изготовленных из высокопрочного и в то же время гибкого, эластичного графена. Фантастика и реальность всегда где-то рядом.

Впервые создан эффективный транзистор на основе графена

Вскружив голову мировому научному сообществу, многообещающий полупроводниковый материал графен на поверку оказался крепким орешком — не так просто получать углеродные слои атомарной толщины, работать с ними и делать на их основе интегральные микросхемы оказалось. Американские ученые предложили простую методику получения тонких графеновых полос — основы будущей углеродной вычислительной техники, и даже придумали несколько способов построения электрических цепей на их основе.

Исследователям из Стенфордского университета удалось впервые показать пригодность графеновых материалов для создания сверхбыстрых процессоров для ЭВМ будущего. Первооткрывателем, в сущности, простого химического метода создания ультратонких графеновых полос стал профессор Хунцзе Дай. Это открытие должно еще более подогреть ажиотаж вокруг перспективного материала, уже всерьез заинтересовавшего специалистов из компаний-гигантов силиконовой индустрии — IBM, HP и Intel.
Статья о достижениях ученых принята к печати в журнале Science.

Графен — это материал, состоящий из атомов углерода, объединенных в двумерную (однослойную) упорядоченную по типу пчелиных сот структуру. Эти слои имеются и в более привычном простым смертным материале — графите, однако там они объединены в «пачке», наподобие пачек писчей бумаги, слабыми Ван-дер-Ваальсовыми межслоевыми взаимодействиями. Структура графена близка к структуре другой аллотропной модификации углерода — углеродным нанотрубкам, так же активно исследуемым в наши дни и рассматриваемым в качестве еще одного перспективного для микроэлектроники материала. И графен, и нанотрубки углерода отличаются чрезвычайно высокой электронной проводимостью, которая может обеспечить невообразимую скорость переключения элементарных логических элементов — транзисторов, построенных на их основе. Так, специалисты предсказывают скорость работы графеновых микрочипов, превышающую скорость работы современных кремниевых микропроцессоров в тысячи раз.

Однако графен обладает одним существенным недостатком в сравнении с кремнием, повсеместно применяемым в производстве микросхем.

Транзистор

(от англ. transfer — переносить и resistor — сопротивление) — трхэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управление тока в выходной цепи…

Читать дальше

Несмотря на то, что графеновые транзисторы могут переключаться между закрытым и открытым состоянием с невообразимой скоростью, разница в проводимости таких устройств в выключенном и включенном состоянии не слишком высока. Это значит, что в отличие от кремниевых транзисторов, не проводящих ток в запертом состоянии, графеновые все равно будут довольно хорошо проводить электричество. В таком случае микропроцессор, содержащий миллиарды графеновых транзисторов, будет отличаться колоссальными потерями энергии и будет попросту непригодным для практического применения.

Тем не менее, теоретические выкладки показывают, что, нарезав графеновый лист в длинные тонкие полосы, можно значительно повысить соотношение проводимости закрытого и открытого состояния транзисторов. Эти расчеты получили некое подтверждение в работах исследователей из IBM и Колумбийского университета, однако и им не удалось получить сколько-нибудь приемлемого соотношения проводимостей между включенным и выключенным состоянием.

Дай, как истинный химик, в своей работе решил отказаться от технологии нарезания тонких графеновых полос, пока еще мало эффективной и чрезвычайно дорогостоящей. Эта технология в наши дни построена по принципу копирования литографических подходов, повсеместно используемых в кремниевой индустрии, однако мало пригодных для отсекания отдельных атомов углерода от графенового полотна.

Дай обратился к привычным методам мокрой химии, и удача улыбнулась ему. В качестве исходного материала в своей методике он использовал хлопья графита, которые, как мы уже упоминали, состоят из сложенных в пачку графеновых листов. Затем он подверг их химическому воздействию серной и азотной кислот. В ходе этого процесса происходит внедрение (специалисты употребляют термин «интеркалация») молекул кислотных остатков в межслоевое пространство. Такая возможность внедрения посторонних молекул и атомов в структуру графита обусловлена довольно большим и, кроме того, варьируемым расстоянием между слоями в кристаллической структуре этого углеродного материала. Она используется, в частности, в производстве аккумуляторов для автономных электронных устройств.

В дальнейшем Дай подверг интеркалат (продукт интеркалации) быстрому нагреванию до очень высоких температур (500–700oС), в ходе которого происходит стремительное испарение кислотных молекул, разрывающее хлопья графита на отдельные листы графена и расширяющее графит в сотни раз. Стоит отметить, что данная технология не нова, и терморасширенный таким образом графит широко используется в производстве огнеупорных красок и уплотнительных материалов.

close

100%

Графеновая полоса

Тонкая полоса графена (слева) шириной порядка 20 нм и е художественное изображение (справа).

Читать дальше

Дай же далее в своей методике приготовил взвесь из разодранного на куски графита и подверг её воздействию ультразвука. Эти звуковые волны окончательно разъединяют графеновые листы, однако, как оказалось, на выходе получились не отдельные хлопья графена, но узкие и очень длинные графеновые полосы. Эти полосы различаются между собой по размерам и ширине, однако их края очень гладки, что означает возможность получения подходящих и воспроизводимых свойств построенных на базе этих лент транзисторов.

Как отмечает сам Дай, ему и в голову не могло прийти, что такие нехитрые манипуляции с графеном могут привести к получению уникальных углеродных образований — наиболее тонкие графеновые полосы, полученные Даем, имеют менее десяти нанометров в ширину, а длина их превышает несколько микрон.

Созданные же Даем на основе этих полос транзисторы продемонстрировали необычайно высокое соотношение проводимости между открытым и закрытым состоянием — более чем 100000/1 — весьма привлекательное для микроэлектронной промышленности. Прежние достижения с использованием графена не превышали 30/1.

Однако на пути создания процессоров для ЭВМ на основе транзисторов при помощи метода Дая стоит несколько серьезных препятствий. Во-первых, полученные ленты графена нуждаются в тщательной сортировке — слишком крупные объекты, равно как и бесформенные куски графена, должны быть удалены, а оставшиеся необходимо организовать в упорядоченную электрическую цепь.

Расщепление графита на графен

Австралийские учные придумали простой и дешвый способ производства графена – мономолекулярных слов углерода, которые считаются одним из самых…

Читать дальше

Впрочем, ученые уже полны идей по решению описанных проблем. Так, Вальтер-де-Гир, профессор Технологического университета Джорджии, отмечает возможность присоединения к граням полос специфических функциональных молекулярных групп, способных направленно растащить сгрудившиеся углеродные заготовки в соответствующие позиции на подложке и сформировать замкнутую электрическую цепь.

Питер Эклунд, профессор Пенсильванского университета, в свою очередь, несколько развенчивает оптимизм ученых и настаивает на необходимости дальнейшего развития методик литографии и адаптации их к графеновой технологии. По его словам, только эти методы позволят надежно и воспроизводимо получать сложные структуры на основе графена.

Тем не менее, Эклунд не отрицает принципиальной важности работы Дая, впервые сумевшего показать свойства графенового материала, ранее предсказанные только на бумаге. По его мнению, данная работа спровоцирует еще больший интерес научного сообщества и неизбежно активизирует работы как в направлении доводки литографических методик получения комплексных структур, так и по химической модификации графеновых полос.

новая форма углерода. Статьи компании «ООО «Графит-Мастер»»

Открытие графена в 2004 году Андреем Геймом и Константином Новоселовым, произвело огромное влияние на современную науку и промышленность. Несмотря на то, что открытие было произведено относительно давно по меркам развития современной науки, его исследование и способы применения в промышленности активно исследуются до сих пор и пока не находят применения в товарах для конечного потребителя. Многие уникальные свойства графена пророчат ему широкое применение в области производства электронных устройств и изделий космического и военного назначения.

Однако, международная группа ученых провела компьютерное моделирование другого уникального материала ― графина, так же являющегося производной графита, который будет обладать еще более уникальными свойствами чем графен, что сделает его более интересным с точки зрения применения в области микроэлектроники.

Графин, так же как и графен можно будет получить из искусственного высокочистого конструкционного графита, т.к. графин также состоит из атомов углерода составляющих кристаллическую решетку толщиной в один атом. Его отличие от графена состоит в том, что он также имея гексагональную кристаллическую решетку, помимо двойных межатомных связей имеет еще и тройные связи. Что делает кристаллическую решетку графина более сложной и придает  ему более экзотические электрические, химические и физические свойства.

Группа ученых химиков из университета Эрланге Нюрнберга в Германии под руководством Андреаса Герлинга показала, что за счет существования тройных межатомных связей электроны могут перемещаться по кристаллической решетке быстрее, чем в графене, что свидетельствует о более высокой электропроводности нового материала.

            Помимо этого, весьма специфическая кристаллическая решетка графина способна проводить электрический ток только в одном направлении за счет элементов называемых конусами Дирака. Этот факт дает ученым возможность предполагать возможность применения нового материала в полупроводниковом производстве при создании высокоэффективных диодов и транзисторов, обладающих превосходными высокочастотными характеристиками.

Но для широкомасштабных исследование нового материала пока существует одна небольшая проблема – физически получить небольшое количество спрогнозированного материала.

Следует отметить, что работы по получению данного вещества велись учеными еще в начале 80-х годов, однако тогда не существовало фундаментальной теоретической базы и не были определены перспективы данного материала, кроме того полученные формы графина не соответствовали требуемым сегодня, поэтому, большинство ученых не было заинтересовано в его глубокой разработке.

Теперь же когда определены возможные свойства графина, становится понятным его возможное широкое применение во многих отраслях промышленности. А также находится все большее количество научно-исследовательских групп интересующихся свойствами графина, которые в ближайшем будущем смогут разработать эффективные способы производства данного материала. 
По словам профессора Андрея Гейма, открывшего графен, графин ― весьма интересный, необычный и многообещающий материал. Вероятно, в будущем он сможет сыграть более важную роль, чем графен, в развитии электроники, некоторых областей науки и техники».

 

Графен и графит
— Графенея

Атрибуты графена — прозрачность, плотность, электрическая и теплопроводность, эластичность, гибкость, твердость и способность к химическим реакциям с другими веществами — обладают потенциалом, чтобы развязать новую технологическую революцию более великолепных масштабов, чем та, которая была начата. электричеством в XIX веке и развитием Интернета в 1990-х. ”- LarrainVial

В самых общих чертах графен можно описать как один слой толщиной в один атом обычно встречающегося минерального графита; графит состоит из сотен тысяч слоев графена.На самом деле структурный состав графита и графена и метод создания одного из другого немного отличаются.

Графит

Еще когда вы учились в школе, очень вероятно, что вы встречали термин «грифель карандаша», относящийся к центральной сердцевине карандаша, способной наносить отметки на бумаге и других материалах. Фактически, это центральное ядро, которое чаще всего делается из графита, смешанного с глиной, вместо того, чтобы относиться к химическому элементу и тяжелому металлу, свинцу.Ошибка возникла, когда он был впервые обнаружен, и в этот момент, поскольку он представляет собой форму углерода и содержит аналогичный молекулярный состав с другими членами углеродной группы (хотя в первую очередь из-за визуального сходства), считалось, что это форма свинца.

Графит — это минерал, который естественным образом встречается в метаморфических породах на разных континентах мира, включая Азию, Южную Америку и некоторые части Северной Америки. Он образуется в результате восстановления осадочных углеродных соединений во время метаморфизма.Вопреки распространенному мнению, химические связи в графите на самом деле сильнее, чем в алмазе. Однако то, что определяет разницу в твердости этих двух соединений, — это структура решетки атомов углерода, содержащихся внутри; алмазы, содержащие связи трехмерной решетки, и графит, содержащий связи двумерной решетки (слои углеродных листов). Хотя в каждом слое графита атомы углерода содержат очень прочные связи, слои могут скользить друг по другу, делая графит более мягким и податливым материалом.

Обширные исследования на протяжении сотен лет доказали, что графит является впечатляющим минералом, демонстрирующим ряд выдающихся и превосходных свойств, включая его способность хорошо проводить электричество и тепло, обладать высочайшей естественной жесткостью и прочностью даже при температурах, превышающих 3600 градусов Цельсия, и также обладает высокой устойчивостью к химическому воздействию и самосмазыванием. Однако, хотя он был впервые обнаружен более тысячи лет назад и впервые назван в 1789 году, промышленности потребовалось время, чтобы полностью реализовать потенциал этого удивительного материала.

Графит — один из трех встречающихся в природе аллотропов углерода (другие — аморфный углерод и алмаз). Разница между тремя встречающимися в природе аллотропами заключается в структуре и связях атомов внутри аллотропов; алмаз имеет кристаллическую структуру алмазной решетки, графит имеет структуру сотовой решетки, а аморфный углерод (такой как уголь или сажа) не имеет кристаллической структуры.

Хотя существует множество различных форм углерода, графит имеет чрезвычайно высокое качество и является наиболее стабильным в стандартных условиях.Поэтому его обычно используют в термохимии как стандартное состояние для определения тепловыделения соединений, состоящих из углерода. В природе он встречается в трех различных формах: кристаллический чешуйчатый, аморфный и кусковой или прожилковый графит, и в зависимости от его формы используется для множества различных применений.

Как упоминалось ранее, графит имеет плоскую слоистую структуру; каждый слой состоит из атомов углерода, связанных вместе гексагональной решеткой. Эти связи, или ковалентные связи, как они более известны с технической точки зрения, чрезвычайно прочны, а атомы углерода разделены только 0.142 нм. Атомы углерода связаны между собой очень прочными sp2-гибридизированными связями в один слой атомов в двух измерениях. Каждый отдельный двумерный слой sp2-связанных атомов углерода толщиной в один атом в графите разделен на 0,335 нм. По сути, кристаллическая чешуйчатая форма графита, как упоминалось ранее, представляет собой просто сотни тысяч отдельных слоев связанных атомов углерода, уложенных вместе.

«« Атрибуты графена — прозрачность, плотность, электрическая и теплопроводность, эластичность, гибкость, твердость и способность к химическим реакциям с другими веществами — обладают потенциалом для развязывания новой технологической революции в более грандиозных масштабах, чем та, которая была начата. электричеством в XIX веке и развитием Интернета в 1990-х.»- LarrainVial»

»

Графен

Итак, графен — это, по сути, один слой графита; слой sp2-связанных атомов углерода, расположенных в сотовой (гексагональной) решетке. Однако графен обладает некоторыми впечатляющими свойствами, которые превосходят свойства графита, поскольку он изолирован от своего «исходного материала». Графит, естественно, является очень хрупким составом и не может использоваться как конструкционный материал сам по себе из-за его отвесных плоскостей (хотя он часто используется для армирования стали). С другой стороны, графен — самый прочный из когда-либо зарегистрированных материалов, он более чем в триста раз прочнее конструкционной стали A36, имеет плотность 130 гигапаскалей и более чем в 40 раз прочнее алмаза.

Из-за плоской структуры графита его тепловые, акустические и электронные свойства сильно анизотропны, а это означает, что фононы гораздо легче перемещаются по плоскостям, чем при попытке пройти через плоскости. С другой стороны, графен, представляющий собой один слой атомов и обладающий очень высокой подвижностью электронов, предлагает фантастические уровни электронной проводимости из-за наличия свободного пи (π) электрона для каждого атома углерода.

Рекомендуемые товары

GFET-S10
(размер матрицы 10 мм x 10 мм)
Для датчиков
380.00 $

Высококонцентрированный оксид графена (концентрация 2,5 мас.%)
440,00 $

Easy Transfer: однослойный графен на полимерной пленке
(1 см x 1 см)
80,00 $

Однако для реализации такого высокого уровня электронной проводимости необходимо легирование (электронами или дырками), чтобы преодолеть нулевую плотность состояний, которая может наблюдаться в точках Дирака графена. Было объяснено, что высокий уровень электронной проводимости связан с появлением квазичастиц; электроны, которые действуют так, как будто у них нет массы, как у фотонов, и могут путешествовать на относительно большие расстояния без рассеяния (отсюда эти электроны известны как безмассовые фермионы Дирака).

Создание или выделение графена

Есть несколько способов, которыми ученые могут производить графен. Первым успешным способом получения однослойного и многослойного графена было механическое расслоение (техника клейкой ленты). Однако многие исследовательские институты по всему миру в настоящее время стремятся найти лучший, наиболее эффективный и действенный способ производства высококачественного графена в больших масштабах, который также является экономичным и масштабируемым.

Наиболее распространенный способ создания однослойного или многослойного графена для ученых — это метод, известный как химическое осаждение из паровой фазы (CVD).Это метод, при котором атомы углерода извлекаются из источника, богатого углеродом, путем восстановления. Основная проблема этого метода — найти наиболее подходящую подложку для выращивания графеновых слоев, а также разработать эффективный способ удаления графеновых слоев с подложки без повреждения или изменения атомной структуры графена.

Другие методы создания графена: рост из твердого источника углерода (с использованием термоинженерии), обработка ультразвуком, разрезание открытых углеродных нанотрубок, восстановление диоксида углерода, а также восстановление оксида графита.Этот последний метод использования тепла (с помощью атомно-силового микроскопа или лазера) для восстановления оксида графита до графена в последнее время получил широкую огласку из-за минимальной стоимости производства. Однако качество производимого в настоящее время графена не соответствует теоретическому потенциалу, и для его совершенствования неизбежно потребуется некоторое время.

ЧЕМ НАСТОЯЩАЯ РАЗНИЦА МЕЖДУ ГРАФЕНОМ И ГРАФИТОМ?

По мере развития исследований и разработок мы располагаем множеством ультрасовременных материалов, которые имеют высокий потенциал для применения не только в современных отраслях, но и могут быть легко адаптированы для работы во многих других отраслях.

Графен и графит — два таких материала, которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Хотя первое происходит от второго, в их характеристиках есть определенные отличия.

Что такое графит?

Графит — это природный минерал, который состоит из нескольких слоев одноплоскостных атомов углерода. Сегодня это чаще всего используется при изготовлении «грифеля» для карандашей после смешивания его с глиной.Ранее его ошибочно принимали за свинец, поскольку он имеет несколько общих черт в их атомной структуре, которая совпадает с другими группами углерода.

Графит естественным образом встречается в метаморфических породах на большинстве континентов, включая Южную Америку, Азию и некоторые районы Северной Америки. Графит образуется при восстановлении осадочного углеродного соединения в результате метаморфизма. К удивлению, химическая связь между атомами углерода в графите оказалась значительно сильнее, чем в алмазе.

Свойства графита

Обширные исследования, проведенные с прошлого века, привели к обнаружению превосходных свойств графита. Он имеет:

  • Эффективная электропроводность
  • Отличная теплопроводность
  • Самая высокая естественная жесткость
  • Впечатляющая прочность
  • Может работать при температуре выше 3600 ° C
  • Эффективно устойчив к химическим реакциям
  • Самосмазывающийся

Графит известен как одна из самых прочных и жестких форм углеродного компаунда и сегодня имеет множество применений.

Что такое графен?

Графен — еще одна превосходная форма соединения углерода. Он уникален тем, что образован однослойным решетчатым слоем атомов углерода. Атомы углерода делят свой электрон с 5 другими атомами углерода в единственной плоскости, образуя гексагональную сотовую структуру.

Свойства графена

После выделения графена из исходного минерала он проявляет отличительные свойства. Листы графена оказались впечатляюще прочными, и этот материал считается одним из самых прочных материалов, известных человеку.По сравнению со структурой из стандартной стали A36, графен чрезвычайно прочен. Его прочность составляет 130 гигапаскалей, что делает его более чем в 40 раз прочнее, чем даже алмаз.

Графен имеет отличные свойства электропроводности, так как на каждый атом углерода приходится пи электрона.

В целом, графен значительно превосходит графит и даже стандартную конструкционную сталь. Превосходные тепло- и электропроводящие свойства этого материала делают его отличным заменителем многих обычных компонентов батареи.

Techinstro был ведущим поставщиком графена в Индии. Компания экспортирует высококачественный графен в различных формах для множества приложений клиентам по всему миру.

Графит и графен — Graphene Leaders Canada

Графен (двумерный строительный блок графита) представляет собой однослойный слой атомов углерода с sp2-связями в гексагональной решетке; его обычно называют однослойным графеном. Все свойства, которые делают графит превосходным материалом для покрытий, смазок и композитов, являются результатом связывания в основном структурном строительном блоке — графене.Хотя этот материал можно рассматривать как отдельные атомарно тонкие листы графита, изменения свойств материала происходят по мере того, как он становится тоньше. Например, графен — самый прочный из когда-либо измеренных материалов с пределом прочности на разрыв 130 ГПа. Это полупроводник с нулевой запрещенной зоной и исключительно высокой подвижностью электронов, практически не зависящей от температуры. Графен имеет очень низкую плотность и очень большую площадь поверхности с теоретическим максимумом 2630 м2 / г, что означает, что его можно легко использовать для производства очень легких пен с очень большой площадью поверхности для эффективного удаления масел из воды.Даже смазывающие свойства графена улучшены по сравнению с графитом с графеновыми нанопластинками, что обеспечивает исключительную производительность скольжения листа, когда количество слоев уменьшается до менее 3. Благодаря наноразмерному размеру графена и значимости улучшений его свойств по сравнению с графитом, при GLC мы сосредоточили наши разработки на использовании графена в качестве добавки к существующим материалам для улучшения любого количества свойств, от прочности, износостойкости и коррозионной стойкости до улучшения смазывающей способности и гидрофобности.

За последние несколько десятилетий углерод получил плохую репутацию из-за того, что его сразу связали с изменением климата. Важно помнить, что углекислый газ — не единственная форма углерода. Углерод является исключительно универсальным элементом с 9 возможными степенями окисления и способностью образовывать прочные связи с большим количеством других атомов. Эта универсальность не только приводит к физической возможности углерода в форме CO2, но также позволяет ему выполнять очень необычные вещи, включая ответственность за жизнь, топливо многих различных форм, пластмассы, пищу, которую мы едим, и, в последнее время, нашла свой путь в электронную промышленность благодаря целому ряду полимеров и углеродных аллотропов, которые делают возможными такие вещи, как гибкая печатная электроника и очень компактные батареи.Вот где углерод становится очень интересным.

Аллотропы углерода обладают одними из самых полезных свойств материала среди всех материалов, поэтому две Нобелевские премии были присуждены за открытие новейших аллотропов углерода для фуллеренов и графена. Графен является особенно ярким примером того, на что способен один только углерод, поскольку он состоит из идеально двумерных атомных слоев атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке, в которой каждый атом углерода связан с 3 другими атомами углерода, в отличие от другого знакомого аллотропа углерода. ; алмаз, где каждый составляющий атом связан с 4 другими атомами углерода, придавая ему трехмерную структуру.Именно это соединение придает графену невероятные свойства, такие как проводимость, но также способствует рекордной прочности, гибкости, смазываемости и химической стойкости, что делает этот материал чрезвычайно полезным во множестве приложений, не ограничиваясь использованием проводимости, но с точки зрения обладает очень основными физическими свойствами, что делает его очень мощным исходным материалом для покрытий и обработки воды.

Теоретически графен не нов, так как он является основным структурным строительным блоком графита, и считалось, что он существует почти 100 лет, когда слоистая структура графита была впервые обнаружена и опубликована Джоном Десмондом Берналом в 1924 году.Однако только в 2004 году лауреаты Нобелевской премии Константин Новоселов и Андре Гейм не только изолировали то, что до этого момента считалось невозможным, но и продемонстрировали металлическую проводимость на расстояниях менее 1 микрона. Эта работа помогла продвинуть графен как чудо-наноматериал; невероятно тонкий материал (<3 нм) с необычными свойствами в наномасштабе. Именно благодаря этой работе компании, производящие графен, начали использовать свойства графена как тонкой пленки как таковой или как наноразмерную добавку, которая улучшает свойства существующих материалов, такие как проводимость как электрической, так и тепловой энергии, химической и УФ-излучения. сопротивление, барьерные свойства, смазывающая способность и прочность.Потенциал графена безграничен, и коммерческие разработки улучшенных графеном решений находят свой путь на рынок, и крупномасштабная коммерциализация теперь явно не за горами.

Графен: структура и форма | Graphene-Info

Графен представляет собой двумерный аллотроп углерода. Он состоит из атомов углерода, расположенных в форме шестиугольника, который, можно сказать, напоминает проволочную сетку.

Один слой атомов углерода, расположенный в такой сотовой структуре, образует единый лист графена.Несколько листов, уложенных друг на друга, считаются многослойным графеном, вплоть до того момента, когда материал становится графитом (обычно более 30 слоев, хотя четкая стандартизация в настоящее время сильно отсутствует). Графит, трехмерный кристалл, состоящий из слабо связанных слоев графена, является относительно распространенным материалом, который используется в наконечниках карандашей, батареях и многом другом.

В графене каждый атом углерода ковалентно связан с тремя другими атомами углерода. Благодаря прочности ковалентных связей между атомами углерода графен может похвастаться большой стабильностью и очень высокой прочностью на разрыв (силой, с которой вы можете растянуть что-либо, прежде чем оно сломается).Поскольку графен плоский, каждый атом находится на поверхности и доступен с обеих сторон, поэтому взаимодействие с окружающими молекулами больше. Кроме того, атомы углерода связаны только с тремя другими атомами, хотя они могут связываться с четвертым атомом. Эта способность в сочетании с вышеупомянутой прочностью на разрыв и высоким отношением площади поверхности к объему графена может сделать его привлекательным для использования в композитных материалах. Графен также обладает более высокой подвижностью электронов, чем любой известный материал, и исследователи разрабатывают методы использования этого свойства в электронике.

Используя графен, когда-нибудь станет возможным изготавливать транзисторы и другие электронные устройства, которые будут намного тоньше, чем устройства, сделанные из традиционных материалов, и это только один пример потенциала графена в области электроники. Поскольку графен электропроводный, прозрачный, прочный и гибкий, он также может быть привлекательным материалом для использования в сенсорных экранах. Графен также обладает очень высокой теплопроводностью, поэтому его можно использовать для отвода тепла от электронных схем.

Графен как основа других углеродных структур

Графен может быть исходной формой для многих углеродных структур, таких как вышеупомянутый графит, углеродные нанотрубки (которые можно рассматривать как свернутые листы графена, сформированные в трубки) и букиболов. (сферические структуры с каркасной структурой из графена только с некоторыми шестиугольными кольцами, замененными пятиугольными кольцами).

Графен — один из первых и самых известных примеров двумерного кристалла.Двумерные материалы и системы во многом принципиально отличаются от трехмерных. Графен можно использовать в качестве модельной системы для изучения двумерной физики и химии в целом, и поэтому он вызывает большой академический интерес с момента его выделения в 2004 году. Также считается, что он имеет огромный потенциал для множества приложений, таких как следующие. gen аккумуляторы, датчики, солнечные элементы и многое другое — благодаря широкому спектру свойств, некоторые из которых уже упоминались в этой статье, например, отличная электрическая и теплопроводность, механическая прочность, уникальные оптические свойства и многое другое.

Графит против графена — в чем разница?

графит | графен |

Как существительные, разница между графитом

и графеном

состоит в том, что графит представляет собой аллотроп углерода, состоящий из плоскостей атомов углерода, расположенных в гексагональных массивах с плоскостями, свободно уложенными друг на друга, что используется в качестве сухой смазки и в «свинце». «карандаши, а графен (органическая химия) — это любой полициклический ароматический углеводород, имеющий структуру части слоя графита.

Другие сравнения: в чем разница?

Существительное

()

  • Аллотроп углерода, состоящий из плоскостей атомов углерода, расположенных в гексагональных массивах, с неплотно сложенными плоскостями, который используется в качестве сухой смазки и в «грифельных» карандашах.
  • * {{цитата, год = 1928, автор = Лоуренс Р. Борн
  • , title = Отлично!
    , chapter = 4 цитата
    , пассаж = Технические термины, такие как феррит, перлит, , графит, и харденит, ходили туда-сюда, и когда Пэджет бойко вывел такую ​​редкую экзотику, как ферромолибден, Бенсон забыл, что он был мастером судостроения, [… ]}}

  • Сокращение от армированного графитом пластика, композитного пластика, сделанного из графитовых волокон, известного своей легкостью, прочностью и жесткостью.
  • Современные теннисные ракетки изготавливаются из графита , , стекловолокна и других искусственных материалов.
  • Серого цвета.
  • Синонимы

    * ( аллотроп углерода ) плюмбаго, чёрный свинец
    * ( композитный пластик ) пластик, армированный углеродным волокном, полимер, армированный углеродным волокном, графитовый композит, углепластик, CRP

    См. Также

    * алмаз

    Существительное

    ( en имя существительное )

  • (органическая химия) Любой полициклический ароматический углеводород, имеющий структуру части слоя графита.
  • (неорганическая химия) Произвольно крупномасштабный слой графита толщиной в один атом, аллотроп углерода, обладающий замечательными электрическими характеристиками.
  • * ‘> цитирование
  • Производные термины

    * -ен ( однослойных материалов, подобных графену )
    * графан
    * пента-графен

    Связанные термины

    * графит

    См. Также

    * бензол
    * циклоалкен
    * алмаз
    * фуллерен

    В чем разница между Карбином и Графеном

    Графен представляет собой плоский лист толщиной один атом
    sp2-связанные атомы углерода.Графен
    является основным структурным элементом некоторых аллотропов углерода
    в том числе графит ,
    углерод
    нанотрубки
    и фуллерены .
    Нобелевская премия по физике за 2010 г. присуждена Андре Гейму.
    и Константин Новоселов «за новаторские эксперименты по
    двумерный материал графен ».
    описание графена см. наш графен
    Страница молекулы 3D.

    Карбин
    (Линейный ацетиленовый углерод) в последнее время был в новостях, поскольку
    структура, которая, возможно, является самым прочным материалом в мире
    у этого есть большой потенциал, если кто-то сможет сделать это оптом. Карбин
    в основном представляет собой цепочку из одиночных атомов углерода, но имеющую два
    прочность на разрыв графена, и в три раза больше прочности на разрыв
    жесткость алмаза (1,2). Химическая структура повторяется
    цепь с чередующимися одинарными и тройными связями —…Так как
    это просто одна цепочка молекул, которую часто называют
    как «одномерная» структура.

    Изображение карбина с
    8 атомов углерода — одномерная цепочка углерода
    атомы с чередующимися одинарными и тройными связями

    Смотрите и управляйте 3D
    структуры молекул карбина

    или
    последовательные двойные облигации

    Изображение карбина с
    8 атомов углерода — одномерная цепочка углерода
    атомы с чередующимися одинарными и тройными связями

    Смотрите и управляйте 3D
    структуры молекул карбина

    Физический
    Свойства графена и карбина

    Графен —

    1 — графен великолепен
    дирижер; электроны могут проходить через графен больше
    легче, чем через даже медь.

    2 — Графены рядом с
    идеальная кристаллическая решетка, ограничивая электроны только
    в двух измерениях, они демонстрируют «аномальный квантовый эффект Холла»
    и «туннелирование Клейна». (3)

    3 — графен тверже
    чем алмаз и примерно в 300 раз тверже стали.

    4 — Вы можете растягиваться
    графен до 20% от его исходной длины.Ожидается, что
    механические свойства графенов найдут применение в
    создание нового поколения сверхпрочных композитных материалов
    и в сочетании с его оптическими свойствами, делая гибкие
    отображает.

    5 — Графен, несмотря на
    являясь самым тонким материалом из когда-либо созданных, он все еще виден
    невооруженным глазом. Он поглощает 2,3% проходящего света
    через него, что достаточно, чтобы вы могли видеть его в воздухе.

    Карбин

    1 — Карбин
    гибкость где-то между типичным полимером
    и двухцепочечная ДНК. А при скручивании может либо вращаться
    свободно или становятся жесткими на кручение в зависимости от химического вещества
    группа, прикрепленная к ее концу. (2)

    2 — Меньше
    соответствующее окончание, карбин может быть превращен в магнитный
    состояние полупроводника при механическом скручивании.

    3 — Карбин
    цепи могут принимать побочные молекулы, которые могут образовывать цепи
    подходит для хранения энергии.

    4 — Карбин может быть самым высоким энергетическим состоянием
    для стабильного углерода.

    5 — Если оборудован молекулярными ручками на
    концы, его также можно скрутить, чтобы изменить ширину запрещенной зоны. С участием
    поворот на 90 градусов из конца в конец превращает его в магнитный полупроводник.

    6 — карбин
    может приобретать связи с боковыми цепями, и эти химические связи
    может быть сделан и сломан для хранения и высвобождения энергии.

    7—
    Растяжение или скручивание карбина изменяет его электронные свойства.

    .Источник:
    см. аннотацию ниже (Университет Райса. Физик-теоретик
    Борис Якобсон).

    Список литературы
    и чтения

    1-карбин
    из первых принципов: цепочка атомов углерода, наностержень или наноропа
    -Университет Райса. Физик-теоретик Борис Якобсон-Октябрьский
    5, 2013

    2-новый
    Форма углерода сильнее графена и алмаза —
    Обзор технологий MIT

    3 — Графен
    Недвижимость — Манчестерский университет

    Ультратонкая алмазная пленка из графена может сделать электронику более жесткой.

    Графен уже известен своей невероятной прочностью, несмотря на то, что его толщина составляет всего один атом.Так как же его можно сделать еще сильнее? Конечно, превратив его в алмазные пластинки. Исследователи из Южной Кореи разработали новый метод преобразования графена в тончайшие алмазные пленки без использования высокого давления.

    Графен, графит и алмаз сделаны из одного и того же материала — углерода, но разница между этими материалами заключается в том, как атомы углерода расположены и связаны друг с другом. Графен — это лист углерода толщиной всего в один атом, с прочными связями между ними по горизонтали.Графит состоит из листов графена, уложенных друг на друга, с сильными связями внутри каждого листа, но слабыми, соединяющими разные листы. А в алмазе атомы углерода гораздо сильнее связаны в трех измерениях, создавая невероятно твердый материал.

    Когда связи между слоями графена усиливаются, он может стать двумерной формой алмаза, известной как диаман. Проблема в том, что обычно это сделать непросто. Один способ требует чрезвычайно высокого давления, и как только это давление снимается, материал снова превращается в графен.В других исследованиях к графену добавлялись атомы водорода, но это затрудняло контроль связей.

    Для нового исследования исследователи из Института фундаментальных наук (IBS) и Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) заменили водород на фтор. Идея состоит в том, что, подвергая двухслойный графен воздействию фтора, он сближает два слоя, создавая более прочные связи между ними.

    Сравнение графена (слева) и F-диамана (справа) показывает, что слои становятся ближе друг к другу

    Институт фундаментальных наук

    Команда начала с создания двухслойного графена с использованием проверенного метода химического осаждения из паровой фазы (CVD) на подложке из меди и никеля.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.