Koja je razlika između grafena i grafita?

Izvanredan kemijski element, ugljik, nalazi se pod brojem 6 u četrnaestoj skupini druge periode periodnog sustava kemijskih elemenata. Od davnina su ljudi poznavali dijamant i grafit, dvije od više od devet do sada otkrivenih alotropskih modifikacija ovog elementa. Usput, ugljik ima najveći, u usporedbi s drugim tvarima, broj alotropskih modifikacija poznatih modernoj znanosti.

Alotropija podrazumijeva mogućnost postojanja u prirodi istog kemijskog elementa u obliku dviju ili više jednostavnih tvari, tzv. alotropskih oblika ili alotropskih modifikacija, koje uzrokuju razlike u građi i svojstvima tih tvari. Dakle, ugljik ima 8 takvih osnovnih oblika: dijamant, grafit, lonsdaleit, fulereni (C60, C540 i C70), amorfni ugljik i nanocijev s jednom stijenkom.

Među tim oblicima ugljika ima potpuno različitih svojstava i karaktera: meke i tvrde, prozirne i neprozirne, jeftine i skupe tvari. Ipak, usporedimo dvije slične modifikacije ugljika — grafit i grafen.

Svi smo upoznati s grafitima još iz škole.Glava obične olovke je upravo grafitna. Prilično je mekan, sklizak i mastan na dodir, kristali su ploče, slojevi atoma nalaze se jedan iznad drugog, stoga se prilikom trljanja, primjerice, papira, pojedine ljuskice slojevite kristalne strukture grafita lako odlijepe. , ostavljajući karakterističan tamni trag na papiru.

Grafit dobro provodi električnu struju, njegov otpor je u prosjeku 11 Ohm * mm2 / m, ali vodljivost grafita nije ista zbog prirodne anizotropije njegovih kristala. Dakle, vodljivost duž ravnina kristala je stotinama puta veća od vodljivosti u tim ravninama. Gustoća grafita je od 2,08 do 2,23 g / cm3.

U prirodi grafit nastaje pri visokim temperaturama u magmatskim i vulkanskim stijenama, u skarnima i pegmatitima. Javlja se u kvarcnim žilama s mineralima u hidrotermalnim polimetalnim naslagama srednje temperature. Široko je rasprostranjen u metamorfnim stijenama.

Tako su od 1907. godine na otoku Madagaskaru razvijene najveće svjetske rezerve prirodnog ljuskastog grafita. Otok se sastoji od pretkambrijskih metamorfnih stijena koje se uzdižu na površinu u planinskom terenu s hipsometrijskim oznakama od 4000-4600 stopa. Grafit se ovdje nalazi u pojasu dugom 400 milja i dominira planinama u istočnom dijelu središta otoka.

Grafen, za razliku od grafita, nema masivnu kristalnu strukturu; ima dvodimenzionalnu šesterokutnu kristalnu rešetku debljine samo jednog atoma. U takvoj alotropskoj modifikaciji ugljik se uopće ne pojavljuje prirodno, već se teoretski može dobiti umjetnim putem. Možemo reći da će ravnina namjerno odvojena od višeslojne masovne kristalne strukture grafita biti upravo ovaj grafen.

Znanstvenici u početku nisu mogli dobiti grafen u obliku jednostavnog dvodimenzionalnog filma, zbog nestabilnosti materije u ovom obliku. Međutim, na podlozi od silicijevog oksida (zbog veze s dielektričnim slojem) ipak je bilo moguće dobiti grafen debljine jednog atoma: 2004. ruski znanstvenici Andrey Geim i Konstantin Novoselov sa Sveučilišta u Manchesteru objavili su izvješće u časopisu Science. o dobivanju grafena na ovaj način.

I danas su opravdane tako jednostavne metode dobivanja grafena za istraživanje, kao što je mehaničko ljuštenje monosloja ugljika iz rasutog kristala grafita pomoću ljepljive trake (i sličnih metoda).

Istraživači vjeruju da će se zahvaljujući njihovom napretku uskoro pojaviti nova klasa nanoelektronike temeljene na grafenu, gdje će tranzistori s efektom polja biti deblji od 10 nm. Činjenica je da je pokretljivost elektrona u grafenu toliko visoka (10 000 cm2 / V * s) da se čini kao alternativa koja danas najviše obećava konvencionalnom siliciju.

Visoka pokretljivost nositelja je sposobnost elektrona i šupljina da iznimno brzo reagiraju na djelovanje primijenjenih električnih polja, a to je iznimno važno za tranzistore s efektom polja, osnovnu operativnu jedinicu moderne elektronike.

Također postoje izgledi za stvaranje raznih bioloških i kemijskih senzora, kao i tankih filmova za fotonaponske uređaje i zaslone osjetljive na dodir. Unatoč svemu tome, toplinska vodljivost grafena je 10 puta veća od bakra, a ovaj je kriterij uvijek vrlo važan za elektroniku.