lovesouthernsocial.com

Ang Graphene ay isang materyal na may ilang mga katangian na may kakayahang baguhin ang teknolohiya

Larawan ng OpenClipart-Vectors sa Pixabay

Ang Graphene ay isang materyal na binubuo ng isang dalawang-dimensional na layer ng mga carbon atom na nakaayos sa hexagonal na istruktura, na ang taas ay katumbas ng isang atom. Ang materyal na ito ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pagkuha ng mga layer sa ibabaw ng graphite, isang masaganang mineral sa Earth at isa sa mga pinaka-karaniwang allotropes ng carbon.

Ang mga kemikal na bono at kapal ng graphene ay responsable para sa ilang mahahalagang katangian ng elementong ito, tulad ng mekanikal na pagtutol at thermal at electrical conductivity. Ang mga tampok na ito ay nakakaakit ng mga siyentipiko at ang industriya ng teknolohiya dahil sa kanilang walang katapusang mga posibilidad ng paggamit.

Ang pagtuklas ng graphene

Ang matatag, dalawang-dimensional na graphene ay aksidenteng natuklasan noong 2004 ng mga pisikong Ruso na sina Andre Geim at Konstantin Novoselov. Ang pagtuklas na ito ay nakakuha ng Nobel Prize sa Physics sa mga mananaliksik noong 2010. Gayunpaman, ang pagkakaroon ng carbon allotrope na ito ay kilala mula noong 1930.

Mga Katangian ng Graphene

Ang Graphene ay may maraming mga katangian na ginagawa itong isang materyal na may ilang mga teknolohikal na aplikasyon. Alamin ang mga pangunahing katangian ng alotrope na ito.

Mga mekanikal na katangian

Ang graphene ay ang pinakamatibay na materyal na nakilala. Ang paglaban na ito ay nagmumula sa malakas na mga bono na nabuo sa pagitan ng mga carbon atom nito. Ang mga materyales na malawakang ginagamit sa pagtatayo ng sibil, tulad ng bakal, ay nakatiis lamang sa isang katlo ng presyur na ito.

Ang isa pang kawili-wiling katangian ng graphene ay ang mataas na Young's modulus nito, na nagpapahiwatig na, bilang karagdagan sa pagiging lumalaban, ang materyal na ito ay napakababanat. Kaya naman, medyo madali itong nakabalik sa orihinal nitong sukat.

Ang maliliit na bahagi ng bawat carbon hexagon ay responsable para sa mataas na impermeability ng graphene, na maaaring gamitin bilang isang maliit na lambat na may kakayahang maghawak ng mga gas na madaling tumagas mula sa kanilang mga lalagyan, tulad ng hydrogen gas. Bilang karagdagan sa pagiging lubhang lumalaban, ang graphene ay napakagaan: ang density nito ay 0.77 g/m², sa madaling salita, halos isang libong beses na mas magaan kaysa sa isang sheet ng papel.

Electrical properties

Nagagawa ng mga electron na magpalaganap sa pamamagitan ng graphene nang halos malaya nang hindi dumaranas ng pagpapalihis o banggaan. Dahil sa hexagonal na istraktura ng mga carbon bond, ang mga electron ay gumagalaw sa loob ng mga manipis na layer na ito sa relativistic na bilis, iyon ay, malapit sa bilis ng liwanag.

Sa temperatura ng silid, ang de-koryenteng resistivity ng graphene ay ang pinakamababang mayroon. Kaya, ang elementong ito ay maaaring ituring na pinakamahusay na metal na konduktor.

optical properties

Sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa 97.5% ng liwanag ng insidente na dumaan, ang graphene ay hindi nakikita ng mata. Ang optical na pag-uugali na ito ay nagmumula sa mga relativistic na katangian ng mga electron sa graphene. Ipinahihiwatig nito na, sa pamamagitan ng pagsasalansan ng ilang mga sheet ng graphene, posible na makabuo ng perpektong itim na katawan, na may kakayahang sumipsip ng halos lahat ng insidente ng radiation dito.

katangiang thermal

Dahil sa mga electrical properties nito, ang graphene ay isang mahusay na thermal conductor. Ang materyal na ito ay may kakayahang mag-alis ng init nang mas mabilis kaysa sa anumang kilalang materyal. Higit pa rito, iminumungkahi ng ilang pag-aaral na ang temperatura ng pagkatunaw nito ay 3851 °C.

Samakatuwid, ang mga pangunahing katangian at katangian ng graphene ay:

• Ito ay lubhang manipis: ito ay ang kapal ng isang atom;
• Ito ay lubos na lumalaban: mga 200 beses na mas malakas kaysa sa bakal;
• Ito ay nababaluktot;
• Ito ay hindi tinatablan ng tubig;
• Ito ay transparent: nagpapadala ng halos 97.5% ng mga light ray;
• Ito ay may mataas na thermal at electrical conductivity: ito ay nagsasagawa ng elektrikal na enerhiya ng 100 beses na mas mabilis kaysa sa tanso. Ipinakita rin ng mga pag-aaral na ang bilis ng paglalakbay ng mga electron sa pamamagitan ng graphene ay 1000 km/s (60 beses na mas mabilis kaysa sa silikon);
• Ito ay may mataas na tigas
• Ito ay may mas kaunting epekto ng Joule: ito ay nawawalan ng mas kaunting enerhiya sa anyo ng init kapag nagsasagawa ng mga electron.

Mga Aplikasyon ng Graphene

Dahil sa mga katangian at katangian nito, ang graphene ay isa sa mga pinaka-promising na materyales na kilala. Ang mga teknolohikal na aplikasyon nito ay malawak, ngunit limitado ng kapasidad na gumawa ng materyal na ito sa isang malaking sukat. Ang mga device tulad ng natitiklop na LED screen, photovoltaic cells, mas mahusay na transistor, supercapacitor, heat sink at super cell phone na baterya ay ilang halimbawa ng mga teknolohiyang binuo gamit ang graphene.

Bilang karagdagan, ang graphene ay maaaring ilapat sa iba pang mga lugar ng pag-aaral, tulad ng:

Maiinom na tubig

Ang mga graphene-formed membrane ay nakakapag-desalinate at nakakadalisay ng tubig dagat

Mga paglabas ng CO2

Nagagawa ng mga filter ng graphene na bawasan ang mga emisyon ng CO2 sa pamamagitan ng paghihiwalay ng mga gas na nabuo ng mga industriya at negosyo

pagtuklas ng sakit

Ang mas mabilis na biomedical sensor ay nakabatay sa graphene at maaaring makakita ng mga sakit, virus at iba pang mga lason.

Konstruksyon

Ang mga materyales sa gusali tulad ng kongkreto at aluminyo ay nagiging mas magaan at mas malakas sa pagdaragdag ng graphene

Estetika

Ang pangkulay ng buhok sa pamamagitan ng pag-spray ng graphene ay tumatagal ng hanggang 30 paghuhugas

Mga microdevice

Mas maliit at mas malakas na chips dahil sa pagpapalit ng silicon ng graphene

Enerhiya

Ang mga solar cell ay may mas mahusay na flexibility, mas transparency at mas mababang gastos sa produksyon sa paggamit ng graphene

Electronics

Mga baterya na may mas mahusay at mas mabilis na pag-iimbak ng enerhiya

Mobility

Ang mga bisikleta ay maaaring magkaroon ng mas matatag na gulong at frame na tumitimbang ng 350 gramo gamit ang graphene

Kabilang sa mga pag-aaral na may kaugnayan sa graphene, ang mga kinasasangkutan ng pagbuo ng mga bagong data transmission cable para sa internet ay namumukod-tangi. Ayon sa isang survey na inilathala ng magazine Komunikasyon sa Kalikasan, ang ideya ay upang samantalahin ang lahat ng bilis na naabot ng mga electron sa graphene - ang mga cell ay gumagalaw dito nang daan-daang beses na mas mabilis kaysa sa mga cable na kasalukuyang ginagamit.

Kahalagahan ng graphene para sa Brazil

Ang Brazil ay bahagi ng teknolohikal na lahi sa paghahanap ng mas mura at mas mahusay na mga pamamaraan para sa produksyon ng graphene. Ayon sa ulat na ginawa ng National Department of Mineral Production (DNPM), ang graphene market ay dapat na isa sa pinaka kumikita sa mundo, na may potensyal na umabot ng hanggang 1 trilyong dolyar sa loob ng 10 taon. Bilang karagdagan, ang Brazil ang may pinakamalaking reserba ng graphene sa mundo.

Presyo ng graphene

Dahil sa masalimuot nitong paraan ng pagkuha nito, mataas pa rin ang presyo ng graphene. Ang pinaka-kasalukuyang mga diskarte na nagpapahintulot sa paggawa ng dalisay at manipis na mga layer ng materyal na ito ay gumagana sa vapor deposition sa mga metal na substrate, tulad ng mga copper sheet.

Sa kasalukuyan, ang isang 2.08 cm by 1.54 cm na sheet ng graphene ay maaaring nagkakahalaga ng hanggang $275: isang average na $21 bawat square inch. Gayunpaman, ang mga kadahilanan tulad ng mga dumi at kawalaan ng simetrya ay maaaring makabawas nang husto sa presyong ito. Ang graphene ay maaari ding makuha mula sa graphite: na may 1 kg ng graphite, na nagkakahalaga ng humigit-kumulang 1 dolyar, posible na makagawa ng 150 g ng graphene, na ang halaga ay lumampas sa 15 libong dolyar.

Mga curiosity tungkol sa graphene

• Ang Graphene Flagship project, mula sa European Union, ay naglaan ng humigit-kumulang 1.3 bilyong euro para sa pananaliksik na nauugnay sa graphene, mga aplikasyon at pagpapaunlad ng produksyon sa isang pang-industriyang sukat. Sa kabuuan, 150 institusyon mula sa 23 bansa ang lumahok sa proyektong ito.
• Ang unang maleta na binuo para sa paglalakbay sa kalawakan ay may graphene sa komposisyon nito. Ang paglulunsad nito ay naka-iskedyul para sa 2033, kung kailan plano ng NASA na magsagawa ng mga ekspedisyon sa Mars.
• Ang Borophene ay ang bagong katunggali ng graphene. Ang materyal na ito, na natuklasan noong 2015, ay nakikita bilang isang pinahusay na bersyon ng graphene, na mas nababaluktot, lumalaban at conductive.