Grafen er et materiale som har flere egenskaper som kan revolusjonere teknologien

Bildet er tatt av OpenClipart-Vectors fra Pixabay

Grafen er et materiale som består av et todimensjonalt lag av karbonatomer organisert i sekskantede strukturer, hvis høyde tilsvarer det til et atom. Dette materialet kan produseres ved å trekke ut overflatelag med grafitt, et mineral som er rikelig på jorden og en av de vanligste allotropene av karbon.

De kjemiske bindingene og tykkelsen på grafen er ansvarlige for flere viktige egenskaper ved dette elementet, for eksempel mekanisk motstand og termisk og elektrisk ledningsevne. Disse egenskapene har tiltrukket forskere og teknologibransjen for deres uendelige bruksmuligheter.

Oppdagelsen av grafen

Stabil, todimensjonal grafen ble oppdaget ved et uhell i 2004 av russiske fysikere Andre Geim og Konstantin Novoselov. Denne oppdagelsen garanterte forskerne Nobelprisen i fysikk i 2010. Imidlertid har eksistensen av denne karbonallotropen vært kjent siden 1930.

Grafenegenskaper

Graphene har mange egenskaper som gjør det til et materiale med flere teknologiske applikasjoner. Kjenn de viktigste egenskapene til denne allotropen.

Mekaniske egenskaper

Grafen er det sterkeste materialet som er kjent. Denne motstanden skyldes sterke bindinger dannet mellom karbonatomer. Materialer som er mye brukt i sivil konstruksjon, som stål, tåler bare en tredjedel av dette presset.

En annen interessant egenskap ved grafen er dens høye Young-modul, noe som indikerer at dette materialet i tillegg til å være motstandsdyktig, er veldig elastisk. Derfor er den i stand til å gå tilbake til sin opprinnelige størrelse med relativt letthet.

De små områdene i hvert karbon sekskant er ansvarlig for den høye ugjennomtrengeligheten av grafen, som kan brukes som et lite nettverk som er i stand til å holde gasser som lett lekker fra beholderne, for eksempel hydrogengass. I tillegg til å være ekstremt motstandsdyktig, er grafen veldig lett: densiteten er 0,77 g / m², det vil si omtrent tusen ganger lettere enn et ark.

Elektriske egenskaper

Elektroner er i stand til å forplante seg i grafen nesten fritt uten å avvike eller kollidere. På grunn av den sekskantede strukturen til karbonbindinger, beveger elektronene seg i disse tynne lagene med relativistiske hastigheter, det vil si nær lysets hastighet.

Ved romtemperatur er grafens elektriske motstand den laveste som finnes. Dermed kan dette elementet betraktes som den beste metalliske lederen.

Optiske egenskaper

Siden det tillater 97,5% av innfallende lys å passere, er grafen usynlig for det blotte øye. Denne optiske oppførselen oppstår fra de relativistiske egenskapene til elektroner i grafen. Dette innebærer at ved å stable flere ark grafen er det mulig å produsere en perfekt svart kropp som er i stand til å absorbere nesten all stråling som kommer på den.

Termiske egenskaper

På grunn av sine elektriske egenskaper er grafen en utmerket varmeleder. Dette materialet er i stand til å spre varmen raskere enn noe annet kjent materiale. I tillegg antyder noen studier at smeltetemperaturen er 3851 ° C.

Derfor er de viktigste egenskapene og egenskapene til grafen:

• Den er ekstremt tynn: den har tykkelsen på et atom;
• Den er svært motstandsdyktig: omtrent 200 ganger mer motstandsdyktig enn stål;
• Det er fleksibelt;
• Den er vanntett;
• Den er gjennomsiktig: den overfører omtrent 97,5% av lysstrålene;
• Den har høy termisk og elektrisk ledningsevne: leder elektrisk energi 100 ganger raskere enn kobber. Studier har også vist at hastigheten elektroner beveger seg gjennom grafen er 1000 km / s (60 ganger raskere enn silisium);
• Den har høy hardhet
• Den har mindre Joule-effekt: den mister mindre energi i form av varme når du leder elektroner.

Grafenapplikasjoner

På grunn av dets egenskaper og egenskaper er grafen et av de mest lovende materialene som er kjent. Dens teknologiske applikasjoner er enorme, men begrenset av kapasiteten til å produsere dette materialet i stor skala. Enheter som sammenleggbare LED-skjermer, solceller, mer effektive transistorer, superkondensatorer, varmeavleder og mobiltelefon-superbatterier er noen eksempler på teknologier som er utviklet ved bruk av grafen.

I tillegg kan grafen brukes i andre studieretninger, for eksempel:

Drikkevann

Grafenformede membraner er i stand til å avsalte og rense sjøvann

CO2-utslipp

Grafenfiltre er i stand til å redusere CO2-utslipp ved å skille gasser generert av næringer og bedrifter

Påvisning av sykdommer

Mye raskere biomedisinske sensorer er laget av grafen og kan oppdage sykdommer, virus og andre giftstoffer

Konstruksjon

Byggematerialer, som betong og aluminium, blir lettere og mer motstandsdyktige med tilsetning av grafen

Estetikk

Hårfarging ved å spraye grafen varer opptil 30 vasker

Mikroenheter

Mindre og mer motstandsdyktige fliser på grunn av erstatning av silisium med grafen

Energi

Solceller har bedre fleksibilitet, mer gjennomsiktighet og reduserte produksjonskostnader ved bruk av grafen

Elektronikk

Batterier med bedre og raskere energilagring

Mobilitet

Sykler kan ha fastere dekk og rammer som veier 350 gram ved hjelp av grafen

Blant studiene relatert til grafen, fremhever vi de som involverer utvikling av nye dataoverføringskabler for internett. Ifølge forskning publisert av tidsskriftet Nature Communication , er ideen å dra nytte av all hastigheten oppnådd med elektroner i grafen - celler beveger seg i den hundrevis av ganger raskere enn i kablene som brukes i dag.

Viktigheten av grafen for Brasil

Brasil er en del av det teknologiske løpet på jakt etter billigere og mer effektive metoder for produksjon av grafen. I følge rapporten produsert av National Department of Mineral Production (DNPM), forventes grafenmarkedet å være et av de mest lønnsomme i verden, med potensial til å nå opp til 1 billion dollar på 10 år. I tillegg har Brasil de største reservene av grafen i verden.

Grafenpris

På grunn av den komplekse måten å oppnå er prisen på grafen fortsatt høy. De nyeste teknikkene som tillater produksjon av rene og tynne lag av dette materialet, arbeider med avsetning av damp på metalliske underlag, slik som kobberplater.

For tiden kan et ark med 5,08 x 2,54 cm grafen koste opptil 275 dollar: et gjennomsnitt på 21 dollar per kvadratcentimeter. Imidlertid kan faktorer som urenheter og asymmetrier redusere denne prisen drastisk. Grafen kan også fås fra grafitt: med 1 kg grafitt, som koster omtrent 1 dollar, er det mulig å produsere 150 g grafen, hvis verdi overstiger 15 tusen dollar.

Grafen fakta

• EUs Graphene Flagship-prosjekt har øremerket rundt 1,3 milliarder euro til forskning relatert til grafen, applikasjoner og industriell utvikling i industriell skala. Til sammen deltar 150 institusjoner fra 23 land i dette prosjektet.
• Den første kofferten utviklet for romfart har grafen i sammensetningen. Lanseringen er planlagt til 2033, da NASA har til hensikt å gjøre ekspedisjoner til Mars.
• Borophene er den nye konkurrenten for grafen. Dette materialet, oppdaget i 2015, regnes som en forbedret versjon av grafen, som er enda mer fleksibelt, motstandsdyktig og ledende.

Original text

Contribute a better translation

---