Что такое графен?

Что такое графен?

Графен — это обычный двумерный материал из углерода. Сложенный слоями, он известен как графит, темное вещество, с которым большинство людей сталкивается при использовании карандашей.

Благодаря уникальному сочетанию структурных, тепловых и электромагнитных свойств графен привлек большое внимание из-за его потенциальной роли в разнообразных технологиях будущего.

Каждый атом углерода в листе графена прочно связан с тремя другими атомами под одинаковыми углами, образуя плоскую сотовую структуру. Подобно алмазу, который представляет собой трехмерный кристалл углерода, каждый атом которого связан с четырьмя соседями, прочные связи придают структуре значительную прочность.

В частности, графен обладает невероятной прочностью на разрыв, особенно в малых масштабах. Это означает, что по сравнению с тонкой нитью кристаллизованной стали всего в несколько микрометров в поперечнике, графен более чем в шесть раз труднее разорвать на части. Тесты с другими, менее идеальными формами стали ранее показали, что графен может быть в сотни раз прочнее.

Основная гексагональная форма графена образует основу фуллеренов, которые представляют собой полую молекулярную структуру, состоящую из 60 или более молекул углерода, как те красивые углеродные сферы, называемые «бакиболлы». Наноразмерная сетка на этих структурах настолько гибкая, что ее можно свернуть в полые цилиндры, что делает их потенциально полезными контейнерами в молекулярном масштабе.

Слои графена, баккиболл и нанотрубка (mstroeck / Wikimedia commons / GFDL)

Поскольку элемент углерод имеет четыре доступных электрона для связывания, каждый атом в листе графена вносит в молекулу один несвязанный электрон. Этот холостой отрицательный заряд придает материалу невероятные проводящие и сверхпроводящие свойства, что делает его пригодным для использования в современной электронике.

Добавьте к этим возможностям его непроницаемость для многих жидкостей и газов, способность отталкивать воду, а также прозрачность  — становится легко понять, почему графен был неофициально назван «чудо-материалом», на который следует обратить внимание.

Как был открыт графен?

В то время как основные структурные свойства графита были определены экспериментально в начале 20 века, первая реальная теория уникального химического состава графена не была разработана до 1947 года, пока канадский физик-теоретик Филип Рассел Уоллес не попытался придумать способы объяснения электрических свойств графита.

В 2004 году исследователи из Манчестерского университета Андре Гейм и Константин Новоселов разработали способ производства достаточного количества графена для исследования путем отделения его от графита, используя лишь липкие пленки скотча. С тех пор они получили Нобелевскую премию за свои новаторские исследования этого материала.

В будущем использование графена будет зависеть от гораздо более эффективных методов производства, что вдохновит исследователей на поиск новых инновационных способов изготовления огромных листов плоской двумерной углеродной сетки.

Все тематические статьи проверяются фактами как правильные и актуальные на момент публикации. Текст и изображения могут быть изменены, удалены или добавлены по решению редакции, чтобы информация оставалась актуальной.

logo