Каква е разликата между графен и графит
Забележителен химичен елемент, въглеродът е този, който удобно се намира под номер 6 в четиринадесетата група от втория период на периодичната система от химични елементи. От древни времена хората познават диаманта и графита — две от повече от деветте алотропни модификации на този елемент, открити досега. Между другото, именно въглеродът има най -големия, в сравнение с други вещества, броя на алотропните модификации, познати на съвременната наука.
Алотропията предполага възможността за съществуването в природата на един и същ химичен елемент под формата на две или повече прости вещества, така наречените алотропни форми или алотропни модификации, които причиняват различия в тези вещества както по структура, така и по свойства. И така, въглеродът има 8 такива основни форми: диамант, графит, лонсдалеит, фулерени (С60, С540 и С70), аморфен въглерод и едностенна нанотръба.
Сред тези форми на въглерод има напълно различни свойства и характер: меки и твърди, прозрачни и непрозрачни, евтини и скъпи вещества. Нека обаче сравним две подобни въглеродни модификации — графит и графен.
Всички сме запознати с графита още от училище. Оловото на обикновен молив е точно графит. Той е доста мек, хлъзгав и мазен на допир, кристалите са пластини, слоевете от атоми са разположени един над друг, поради което при триене, например, върху хартия, отделни люспи от слоестата кристална структура на графита лесно се отлепват изключено, оставяйки характерна тъмна следа върху хартията.
Графитът провежда добре електрически ток, съпротивлението му е средно 11 Ohm * mm2 / m, но проводимостта на графита не е еднаква поради естествената анизотропия на неговите кристали. По този начин проводимостта по равнините на кристала е стотици пъти по -висока от проводимостта в тези равнини. Плътността на графита е от 2,08 до 2,23 g / cm3.
В природата графитът се образува при високи температури в магматични и вулканични скали, в скарни и пегматити. Среща се в кварцови вени с минерали в хидротермални среднотемпературни полиметални находища. Той е широко разпространен в метаморфни скали.
Така от 1907 г. на остров Мадагаскар са разработени най -големите световни запаси от естествен люспест графит. Островът се състои от докембрийски метаморфни скали, които се издигат на повърхността в планински терен с хипсометрични белези от 4000-4600 фута. Графитът се намира тук в пояс с дължина 400 мили и доминира над планините в източната част на центъра на острова.
Графенът, за разлика от графита, няма обемна кристална структура; той се отличава с двуизмерна шестоъгълна кристална решетка, с дебелина само един атом. При такава алотропна модификация въглеродът изобщо не се среща естествено, но теоретично може да се получи изкуствено. Можем да кажем, че една равнина, умишлено отделена от многослойната насипна кристална структура на графита, ще бъде този много графен.
Учените първоначално не успяха да получат графен под формата на обикновен двуизмерен филм, поради нестабилността на материята в тази форма. Въпреки това, върху подложка от силициев оксид (поради връзката с диелектричния слой) все още беше възможно да се получи графен с дебелина един атом: през 2004 г. руските учени Андрей Гейм и Константин Новоселов от Университета в Манчестър публикуват доклад в Science на получаване на графен по този начин.
И дори днес такива прости методи за получаване на графен за изследване, като например механично ексфолиране на въглероден монослой от насипен графитен кристал с помощта на залепваща лента (и подобни методи), се оправдават.
Изследователите смятат, че благодарение на техния напредък скоро ще се появи нов клас наноелектроника на базата на графен, където полевите транзистори ще бъдат с дебелина по-малка от 10 nm. Факт е, че подвижността на електроните в графена е толкова висока (10 000 cm2 / V * s), че изглежда най -обещаващата алтернатива на обичайния силиций днес.
Високата мобилност на токоносителите е способността на електроните и дупките да реагират изключително бързо на ефекта на приложените електрически полета, а това е изключително важно за транзисторите с полеви ефекти — основната работна единица на съвременната електроника.
Има и перспективи за създаването на различни биологични и химични сензори, както и тънки филми за фотоволтаични устройства и сензорни екрани. При всичко това топлопроводимостта на графена е 10 пъти по -висока от медта и този критерий винаги е много важен за електрониката.