تفاوت گرافیت و گرافن چیست؟ - ایران گرافن

تفاوت گرافیت و گرافن در این است که گرافیت یک آلوتروپ کربن است که دارای تعداد زیادی ورقه کربن است در حالی که گرافن یک ورقه کربن منفرد از گرافیت است.

گرافیت آلوتروپ شناخته شده کربن است. علاوه بر این، ما آن را به عنوان یک نیمه فلز در نظر می گیریم و دارای ساختار لایه ای با چندین لایه کربن است که به خوبی روی یکدیگر بسته بندی شده اند. یک لایه از این لایه ها یک ورق گرافن است. ورقه گرافن با توجه به ابعادش به عنوان یک نانوذره در نظر گرفته می شود.که این اصلی ترین و واضح ترین تفاوت گرافیت و گرافن است

گرافیت چیست؟

گرافیت آلوتروپ پایدار کربن است که ساختار کریستالی و شکلی از زغال سنگ دارد. گرافیت یک کانی است و از کانی هایی می باشد که در طبیعت بدون ترکیب با هیچ عنصر دیگری وجود دارد. گرافیت به طور طبیعی در سنگ های دگرگونی در نقاط مختلف کره زمین از جمله آمریکای جنوبی، آسیا و برخی از مناطق آمریکای شمالی وجود دارد.

این کانی در نتیجه کاهش ترکیبات کربن رسوبی در هنگام دگرگونی به وجود می آید. علاوه بر این، پایدارترین شکل کربن است که در شرایط استاندارد وجود دارد. تنها واحد تکرار شونده این آلوتروپ کربن (C)  است. دارای سیستم کریستالی شش ضلعی است. این آلوتروپ به رنگ سیاه آهنی تا خاکستری فولادی ظاهر می شود و درخشندگی فلزی دارد. اما رنگ رگه ای این کانی سیاه است (رنگی که در پودر ریز آن ظاهر می شود).

پیوندهای شیمیایی در گرافیت از نظر استحکام مشابه پیوندهای موجود در الماس است. با این حال، ساختار شبکه ای اتم های کربن در این ها متفاوت است و سبب ایجاد سختی متفاوت در این دو ترکیب می شود. گرافیت حاوی پیوندهای شبکه دو بعدی است، در حالی که الماس حاوی پیوندهای شبکه سه بعدی است. اتم های کربن در هر لایه گرافیت حاوی پیوندهای بین مولکولی ضعیف تری هستند. این به لایه ها اجازه می دهد تا روی یکدیگر بلغزند و گرافیت را به ماده ای نرم تبدیل می کند.

ساختار شبکه ای این آلوتروپ از نوع شبکه لانه زنبوری است. ورقه های گرافن را در فاصله 0.335 نانومتری از هم جدا کرده است. در ساختار شبکه، اتم های کربن در فاصله 0.142 نانومتر از هم جدا می شوند. اتم های کربن از طریق پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند، یک اتم کربن دارای سه پیوند کووالانسی در اطراف خود است. از آنجایی که ظرفیت کربن 4 است، در هر اتم کربن این ساختار، چهارمین الکترون خالی وجود دارد. بنابراین، مهاجرت آزاد است و گرافیت را رسانای الکتریکی می کند.

مطالعات مختلف نشان داده است که گرافیت یک ماده معدنی عالی با چندین ویژگی منحصر به فرد است. گرما و الکتریسیته را هدایت می کند و بالاترین مقاومت و مقاومت طبیعی را حتی در دمای بیش از 3600 درجه سانتی گراد حفظ می کند. این ماده خود روانکار بوده و در برابر مواد شیمیایی نیز مقاوم است.

اگرچه اشکال مختلفی از کربن وجود دارد، گرافیت در شرایط استاندارد بسیار پایدار است. گرافیت بسته به شکل آن برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شود.

گرافن چیست؟

گرافن یک لایه منفرد از لایه های متعدد گرافیت است. خاصیت نیمه فلزی دارد. این ورق حاوی یک لایه اتم کربن در یک ساختار مسطح است. هر اتم کربن سه پیوند کووالانسی در اطراف خود دارد که آن را ساختار شبکه ای شش ضلعی می نامند. بر خلاف گرافیت، گرافن دارای بسیاری از خواص غیر معمول است. مهم تر از همه، گرافن قوی ترین ماده ای است که تاکنون آزمایش شده است. می تواند گرما و الکتریسیته را به طور موثر هدایت کند. این ترکیب تقریباً شفاف است.با این تفاسیر می توان به تفاوت گرافیت و گرافن پی برد

دیامغناطیس بیشتری نسبت به گرافیت دارد. ورق های گرافن با توجه به ابعاد (عرض ورق بین 1 تا 100 نانومتر) به عنوان نانوذرات در نظر گرفته می شوند. اتم‌های کربن این ورق دارای چهار پیوند شامل سه پیوند سیگما در اطراف یک اتم کربن و یک پیوند پی در جهت خارج از صفحه هستند. یکی از کاربردهای اصلی این ورق ها تولید نانولوله های کربنی است.

تفاوت گرافیت و گرافن

تفاوت گرافیت و گرافن در بسیاری از خواص آن ها مشهود است. گرافن دارای خواص منحصر به فردی است که بیشتر از گرافیت است. گرچه گرافیت اغلب برای تقویت فولاد استفاده می شود، اما نمی توان از آن به تنهایی به عنوان یک ماده ساختاری استفاده کرد زیرا به دلیل صفحات خالص آن که گرافن هستند موجب تقویت فولاد می شود. در مقابل، گرافن قوی ترین ماده ای است که تاکنون یافت شده است. بیش از 40 برابر قوی تر از الماس و بیش از 300 برابر قوی تر از فولاد ساختاری A36 است.

از آنجایی که گرافیت ساختاری مسطح دارد، خواص الکترونیکی، صوتی و حرارتی آن بسیار ناهمسانگرد است. این بدان معناست که فوتون‌ها بسیار راحت‌تر از سطوح عبور می‌کنند. با این حال، ، به دلیل وجود یک الکترون آزاد pi (p)  برای هر اتم کربن گرافن تحرک الکترون بسیار بالاتری نسبت به گرافیت دارد. این رسانایی بالاتر به دلیل وجود شبه ذرات، الکترون هایی که به گونه ای عمل می کنند که انگار جرم ندارند و می توانند مسافت های طولانی را بدون پراکندگی طی کنند.

از نظر برنامه های کاربردی خواص استثنایی گرافن منجر به طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه شده است. برای استفاده در الکترونیک، دستگاه های ذخیره انرژی، حسگرها، موادکامپوزیت دستگاه های زیست پزشکی و موارد دیگر مورد بررسی قرار گرفته است. رسانایی الکتریکی و شفافیت بالای گرافن آن را برای کاربردهایی مانند الکترونیک انعطاف پذیر و فیلم های رسانای شفاف، مناسب می کند.

از دیگر تفاوت های گرافیت و گرافن این است که گرافیت برای قرن ها در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. معمولا به عنوان روان کننده، در مداد، به عنوان یک ماده مقاوم در برابر حرارت، در بوته ها برای کاربردهای با دمای بالا، به عنوان یک ماده نسوز در صنعت فولاد، در لنت های ترمز، روکش های ریخته گری و به عنوان ماده الکترود در باتری ها استفاده می شود.

به طور خلاصه، در حالی که تفاوت گرافیت و گرافن در بسیاری از موارد کاملا محسوس است ، گرافن و گرافیت هر دو اشکال کربن هستند، گرافن یک لایه منفرد از اتم های کربن با خواص منحصر به فرد است، در حالی که گرافیت از لایه های متعدد گرافن تشکیل شده است. خواص استثنایی گرافن و کاربردهای بالقوه آن را از گرافیت متمایز می کند که دارای مجموعه ای از خواص و کاربردهای مفید خاص خود است.

گروه ایران گرافن یک شرکت تولید کننده گرافن است که از گرافیت به عنوان ماده اولیه استفاده می‌کند. این گروه با استفاده از فناوری های نوین تولید، میزان تولید گرافن را افزایش می دهد و آماده همکاری با صنایع مختلف است.

منبع:

https://repository.uantwerpen.be/docman/irua/9502d1/60807.pdf

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl502059f