گرافن چیست

گرافن چیست ؟

اگر چه کربن می تواند با پیوند برقرار کردن با چهار اتم  یک شبکه ی سه بعدی در الماس را ایجاد کند ، اما وقتی کربن با سه اتم کربن پیوند برقرار میکند یک ورقه ی دوبعدی ایجاد می شود .  این ورقه ها را گرافن می نامند .

گرافیت ماده ای است که در نوک مدادها از آن استفاده می شود  و این ماده از ورقه  های گرافن که بر روی هم انباشته شده اند تشکیل شده اند .بین  ورقه های گرافن در گرافیت ، فضای خالی وجود دارد . همانطور که در شکل می بینید ، ورقه ها توسط نیروی واندروالانس به هم پیوند شده اند .

ورقه ها

ورقه ها همانطور که در شکل می بینید از  اتم های کربن تشکیل شده اند که شکل شش گوش دارد و هر اتم کربن با پیوند کوالانسی به سه اتم دیگر متصل شده است .هر ورق  تنها به اندازه ی یک اتم ضخامت دارد و به عنوان یک مولکول تنها در نظر گرفته می شود. گرافن ساختاری شبیه نانو لوله های کربنی دارد تنها تفاوت گرافن با این نانو لوله ها این  است که به صورت مسطح هستند در حالیکه نانو لوله ها همانطور که قبلا نیز گفته شد به حالت استوانه ای می باشند .

خواص :

ورقه ها از اتم های کربن که به شکل شش گوش به هم پیوند شده اند تشکیل یافته است .  هر اتم کربن با پیوند کوالانسی به سه اتم دیگر متصل است . به خاطر استحکام پیوند کوالانسی بین اتم های کربن ، گرافن استحکام کششی بسیار بالایی دارد . به علاوه گرافن ، بر خلاف باکی بالها و نانو لوله های کربنی ، به خاطر مسطح بودنش هیچ درونی ندارد .  در باکی بالها و نانو لوله ها که هر اتم کربن  بر روی سطح قرار دادرد تنها می تواند با  مولکولهایی که آن را احاطه کرده اند واکنش و تعامل داشته باشد .

در گرافن هر اتم از دو طرف قابل دسترسی است و  می تواند تعامل بیشتری با مولکولهای اطرافش داشته باشد .  اتم های کربن تنها با سه  اتم پیوند شده اند ، ولی توانایی اتصال به چهار اتم کربن نیز در آنها وجود دارد . این  توانایی  به همراه استحکام کششی بالا و نسبت  سطح به حجم بالا ، این مواد را به یک ماده ی عالی برای ساخت کامپوزیتها تبدیل کرده است .  محققان گزارش کرده اند که مخلوط گرافن در یک اپوکسی ، افزایش استحکامی برابر با  نانو لوله ها را ایجاد کرده است .

خواص الکتریکی کلیدی آن حرکت و موبایلیته ی الکترونهاست . حرکت الکترونهای گرافن سریعتر از هر ماده ی دیگری است  و محققان در حال گسترش ترانزیستورهایی بر روی آن هستند که سرعت بالایی دارد .یکی دیگر از کاربردهای جالب آن، استفاده از خاصیتی است که ورقه های گرافن تنها به اندازه ی یک اتم ضخامت دارند . محققان دریافته اند که  آنها می توانند از نانو متخلخل ها برای آنالیز DNA   استفاده کنند .

وقتی مولکول DNA  از نانو متخلخل ها که ولتاژی  به آنها وصل شده ، عبور میکنند ، محققان می توانند با استفاده از تغییر در جریان الکتریکی ساختار DNA   را تشخیص دهند .از آنجایی که گرافن بسیار نازک است ، ساختار DNA   وقتی از یک نانو متخلخل قرار گرفته بر روی ورقه های گرافن عبور میکند ، رزولوشون بالاتری خواهد داشت .

سبکی و نازکی :

هر چیزی که تنها به اندازه ی یک اتم ضخامت داشته باشد بسیار سبک خواهد بود .

خواص الکترونیکی :

یکی از مفیدترین خواص گرافن ، خاصیت الکترونیکی آن است . اتم های کربن ۶ الکترون دارند . ۲ تا از این الکترونها در پوسته ی داخلی و ۴ تای آن در پوسته ی خارجی قرار دارد . ۴ اتمی که در پوسته ی بیرونی قرار دارد می تواند در واکنشهای شیمیایی شرکت کرده و با اتم های دیگر تشکیل پیوند دهد .  اما هر اتم کربن تنها به سه اتم دیگر متصل شده است ، و یک اتم به صورت آزاد قرار دارد . این الکترون آزاد الکترون Pi    (π)  نامیده می شود . این اوربیتالهای pi   همپوشانی کرده و پیوند کربن-کربن در گرافن را بهبود می بخشد . اساسا ، خاصیت الکترونی آن به خاطر پیوند و ضد پیوند این اوربیتالهای پی است .

خواص نوری :

توانایی جذب ۲٫۳ درصد از نور سفید در گرافن یک خاصیت بسیار ویژه است .این موضوع به خاطر  خاصیت الکترونیکی آن است که قبلا نیز گفته شد . الکترونها مانند حاملهای بار بدون جرم عمل میکنند .

برگرفته شده از nano-mag.ir