گرافن

گرافن

اسلاید 1: بسمه تعالیگردآورنده :دانشگاه بوعلی سینا

اسلاید 2: مقدمه: اگر مهندسان شیمی و علم مواد، قرن بیستم میلادی را قرن پلاستیک بنامند، بدون شک پادشاهی مواد نو‌ظهور در قرن بیست و یکم به «گرافن» می‌رسد. گرافن یک ماده تازه کشف شده به شکل لانه‌ زنبوری بوده که ضخامتی به اندازه یک اتم دارد. احتمالاً در خیلی از ژورنال‌های علمی-خبری با عنوان‌هایی نظیر سبک‌ترین، قوی‌ترین، نازک‌ترین، بهترین هادی حرارتی و الکتریکی (بهتر است برای اغراق‌آمیز خطاب کردن این کلمات چند سالی صبر کنیم!) برای این ماده تازه کشف شده روبه‌رو شده‌اید.در این مقاله قصد داریم تا به زبانی ساده نگاهی بر این ماده که توسط«آندره گایم» و «کنستانتین نووسلف» در سال 2004 در دانشگاه منچستر ساخته شد، بیاندازیم. لازم به ذکر است که جایزه نوبل فیزیک 2010 نیز به دلیل ساخت این ماده دو بعدی به این دو دانشمند اهدا شد.2

اسلاید 3: گرافن چیست؟در گذشته با دو ساختار مختلف «الوتروپ» از کربن یعنی گرافیت (نرم و سیاه رنگ در مداد) و الماس (سخت و درخشان در جواهرات) آشنا شدید. به نظرتان شگفت‌انگیز نیست که دو چیز کاملاً متفاوت از اتم‌های یکسان کربن ساخته شده‌‌اند؟ پس دلیل این همه اختلاف در چیست؟ بدون شک پاسخ در چینش اتم‌های کربن در کنار یکدیگر است.گرافیت و الماس هر دو از کربن ساخته‌ شده‌اند. تفاوت در ساختار و چینش اتم‌های کربن باعث شده تا دو چیز کاملا متفاوت داشته باشیم. گرافیت نرم و سیاه و الماس سخت و شفاف3

اسلاید 4: جدا از گرافیت و الماس، دانشمندان انوع مختلفی از ساختارهای کربنی را با ویژگی‌های جالب توجه توسعه داده‌اند. به طور مثال فولرین‌های کشف شده در سال 1985 شامل قفسه‌های توخالی اتم‌های کربن نظیر باکی‌بال (شبیه به یک توپ فوتبال با 60 اتم کربن)، نانولوله‌های کربنی کشف شده در سال 1991 که شامل ورقه‌های تخت اتم‌های کربن هستند که با قطری حدود چند نانومتر به صورت لوله درآمده‌ و نهایتاً گرافن کشف شده در سال 2004، نمونه‌هایی از ساختارهای مختلف کربنی هستند.دو ساختار مختلف از چیدمان اتم‌های کربن4

اسلاید 5: احتمالا در مورد مواد جامد نام آشنا، نظیر خیلی از فلزات کلماتی مثل ساختار داخلی (کریستالی) یا شبکه کریستالی به گوشتان آشنا است. بسیاری از اتم‌ها در یک ساختار منظم در ۳ بعد تکرار شده‌اند. الماس و گرافیت هر دو ساختارهایی ۳ بعدی‌ اما متفاوت از یکدیگر هستند. در ساختار یک الماس، اتم‌ها به شکل مخروط‌هایی سه بعدی قرار گرفته‌اند که ساختاری محکم و سخت را پدید می‌آورند. در حالی که در گرافیت، اتم‌ها در لایه‌هایی دو بعدی پیوند‌هایی محکم دارند و پیوند بین لایه‌ها قوی نیست. دلیل اینکه با یک مداد به راحتی می‌توانید بنویسید در همین امر نهفته است. در واقع با کشیدن مداد روی کاغذ پیوند بین لایه‌ها شکسته شده و لایه‌های گرافیت روی آن می‌نشینند.گرافیت ساختاری لایه‌ای دارد که پیوند بین آن‌ها قوی نبوده و به راحتی از یک‌دیگر جدا می‌شوند. در مقابل ساختار مخروطی اتم‌های کربن در الماس باعث استحکام و سختی آن می‌شود.5

اسلاید 6: 6