خواص گرافن چیست؟ - ایران گرافن

خواص گرافن بسیار شگفت انگیز و زیاد است و به همین دلیل علاقه و توجه محققین و دانشمندان زیادی را در سراسر دنیا به خود جلب کرده است.

گرافن یک ماده شگفت انگیز است. این ماده از زمان کشفش به دلیل خواص عالیش مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. گرافن اولین بار در سال 2004 توسط دو محقق به نام های آندره گیم و کوستیا نووسلوف در دانشگاه منچستر جدا شد. آنها در سال 2010 جایزه نوبل فیزیک را برای کارهای انقلابی خود دریافت کردند. گرافن لایه ای به ضخامت یک اتم از اتم های کربن هیبرید شده sp2 است که به طور محکم در یک شبکه لانه زنبوری دوبعدی چیده شده اند، در سال 1980، تنها سه آلوتروپ اصلی کربن، یعنی الماس، گرافیت، و کربن آمورف شناخته شدند.

بعدها، فولرن ها و نانولوله های کربنی کشف شدند و در سال 2004، گرافن وارد تصویر شد. گرافن را می توان به عنوان یک ماکرومولکول معطر دو بعدی دید. این بلوک اصلی دیگر آلوتروپ های گرافیتی است. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، می توان آن را در فولرن های 0 بعدی پیچیده، در نانولوله های 1 بعدی نورد کرد و در گرافیت سه بعدی انباشته کرد.

از مواد گرافیتی با تمام ابعاد دیگر. کربن یکی از فراوان ترین عناصر درون بدن انسان است. علاوه بر این، همچنین یکی از فراوان ترین عناصر از نظر جرم در جهان است. بنابراین، همه مواد زنده دارای پایه شیمیایی هستند که از کربن تشکیل شده است. بنابراین، گرافن می تواند یک ماده سازگار با محیط زیست برای کاربردهای متعدد باشد. ساختار نواری گرافن منحصر به فرد است.

ظرفیت و نوارهای رسانایی در شش نقطه دیراک با یکدیگر برخورد می کنند که رفتار نیمه هادی شکاف باند صفر را نشان می دهد. دارای استحکام شکست بالا، هدایت الکتریکی و حرارتی عالی، تحرک سریع حامل‌های بار( 200 برابر بیشتر از سیلیکون)، سطح ویژه بزرگ (2600 متر مربع بر گرم) و زیست سازگاری است. همه این خواص نه تنها استثنایی هستند بلکه نسبت به سایر مواد نیز برتری دارند. مشتقات گرافن مانند اکسید گرافن (GO) و اکسید گرافن احیا شده (rGO) دارای مکان‌های اتصال بالقوه‌ای هستند که در چند سال گذشته منجر به برجسته‌تر شدن این مواد با مولکول‌های زیستی و سلول‌ها شده است .

جذب الیگونوکلئوتیدهای DNA توجه تحقیقات گسترده ای را به خود جلب کرده است . لایه هایی از گرافن که روی هم چیده شده اند، گرافیت را تشکیل می دهند. طول پیوند مولکولی 0.142 نانومتر است. فاصله بین صفحه ای 0.335 نانومتر است. گرافن حدود 300 برابر قوی تر از فولاد است. این سبک ترین ماده ای است که تاکنون شناخته شده است. یک متر مربع حدود 0.77 میلی گرم وزن دارد.

گرافن سبک ترین ماده شناخته شده در جهان!

خواص گرافن به این ویژگی ها ختم نمی شود. این ماده تحرک بالای الکترون در دمای اتاق (250000 سانتی‌متر مربع بر ولت ثانیه)، تحرک بالای الکترون در دمای اتاق (250000 سانتی‌متر مربع بر ولت ثانیه) را دارا است و دارای تنش کششی تا 150,000,000 psi است. بهترین رسانای گرما در دمای اتاق است. گزارش شده است که گرافن دارای ارزش فوق العاده بالایی از هدایت حرارتی تقریباً 5300Wm^-1 K^-1 است. ضریب انبساط حرارتی پایین و عبور نوری بالایی دارد .

گرافن به دلیل خواص شیمیایی و فیزیکی استثنایی خود، در حوزه های وسیعی مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به ویژگی‌های الکترونیکی قابل‌توجه گرافن مانند تحرک بالا در انتقال بار، این ماده یک ماده کلیدی به‌ویژه در ساخت نانودستگاه‌های حساس، نانوالکترونیک و نانوحسگرها است .

علاوه بر این، گرافن یک بلوک ساختمانی امیدوارکننده برای الکترونیک با کارایی بالا، حسگرها و دستگاه های ذخیره انرژی است. نانوساختارهای گرافن در انواع کاربردهای الکترونیکی و نوری مانند حسگرهای گاز، ترانزیستورها، سلول‌های خورشیدی و عناصر کریستال مایع ادغام می‌شوند. ویژگی های نویز الکتریکی و حمل و نقل بالستیک

منبع:

https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/5.0040578

doi:10.1016/B978-0-12-803581-8.10319-4