Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  
  

 

Справочник электрика / Электротехнические материалы

Чем отличается графен от графита

 

Замечательный химический элемент, углерод — тот самый, что уютно расположился под номером 6 в четырнадцатой группе второго периода периодической системы химических элементов. С древних времен людям известны алмаз и графит — две из более чем девяти, обнаруженных на сегодняшний день, аллотропических модификаций данного элемента. Кстати, именно углерод имеет максимальное, по сравнению с другими веществами, число известных нынешней науке аллотропических модификаций.

Модификации углерода

Аллотропия предполагает возможность существования в природе одного и того же химического элемента в форме двух и более простых веществ, так называемых аллотропических форм или аллотропических модификаций, обуславливающих различия данных веществ как по строению, так и по свойствам. Так вот, у углерода таких основных форм 8: алмаз, графит, лонсдейлит, фуллерены (С60, С540 и С70), аморфный углерод и однослойная нанотрубка.

Формы углерода

Есть среди этих форм углерода совершенно разные по свойствам и по характеру: мягкие и твердые, прозрачные и непрозрачные, дешевые и дорогие вещества. Однако, давайте сравним две схожие по своей основе модификации углерода — графит и графен.

Графит

С графитом мы все хорошо знакомы еще со школьной скамьи. Грифель простого карандаша — это как раз и есть графит. Он довольно мягок, на ощупь скользкий и жирный, кристаллы здесь пластинчатые, слои атомов располагаются друг над другом, поэтому при трении, например о бумагу, отдельные чешуйки слоистой кристаллической структуры графита легко отслаиваются, оставляя на бумаге характерный темный след.

Графит хорошо проводит электрический ток, его удельное сопротивление в среднем составляет 11 Ом*мм2/м, однако проводимость графита не равномерна в силу естественной анизотропии его кристаллов. Так, проводимость вдоль плоскостей кристалла в сотни раз превосходит проводимость поперек этих плоскостей. Плотность графита от 2,08 до 2,23 г/см3.

В природе графит образуется в условиях высоких температур в магматических и вулканических горных породах, в скарнах и пегматитах. Встречается в кварцевых жилах с минералами в гидротермальных среднетемпературных полиметаллических месторождениях. Широко распространен в метаморфических породах.

Так, крупнейшие мировые запасы природного чешуйчатого графита разрабатываются на острове Мадагаскар с 1907 года. Остров сложен докембрийскими метаморфическими породами, которые выступают на поверхность в гористой местности с гипсометрическими отметками 4000-4600 футов. Графит находится здесь в пределах пояса длиной в 400 миль, преобладает в горах восточной части центра острова.

Графен

Графен, в отличие от графита, не обладает объемной структурой кристалла, его отличает двумерная гексагональная кристаллическая решетка, всего в один атом толщиной. В такой аллотропической модификации углерод в естественной природе вообще не встречается, однако теоретически может быть получен искусственно. Можно сказать, что одна плоскость, намеренно отделенная от многослойной объемной кристаллической структуры графита — это и будет тот самый графен.

Получить графен в форме просто двумерной пленки у ученых изначально не получалось, в силу неустойчивости вещества в такой форме. Однако на подложке оксида кремния (благодаря связи со слоем диэлектрика) получить графен толщиной в один атом все же удалось: в 2004 году русские ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов из Манчестерского университета опубликовали в журнале Science сообщение о получении графена таким способом.

И даже сегодня такие нехитрые способы получения графена для исследований, как механическое отшелушивание монослоя углерода от объемного кристалла графита при помощи скотча (и похожие методы) оправдывают себя.

Исследователи полагают, что благодаря их достижениям в скором времени появится новый класс наноэлектроники на базе графена, где полевые транзисторы будут иметь толщину менее 10 нм. Дело в том, что подвижность электронов в графене так высока (10 000 см2/В*с), что именно он представляется на сегодняшний день перспективнейшей альтернативой привычному кремнию.

Высокая подвижность носителей тока — это способность электронов и дырок чрезвычайно быстро реагировать на воздействие прикладываемых электрических полей, а это крайне важно для полевых транзисторов — основной рабочей единицы сегодняшней электроники.

Здесь же и перспективы создания различных биологических и химических датчиков, а также тонких пленок для фотоэлектрических устройств и сенсорных экранов. При всем при этом еще и теплопроводность графена в 10 раз превосходит медь, а данный критерий всегда очень важен для электроники.

Поделитесь с друзьями:

Статьи близкие по теме:

  • Строение атомов - элементарные частицы вещества, электроны, протоны, нейтроны
  • Программируемые реле Еasy Moeller
  • Встраиваемые светодиодные светильники
  • Титан и его сплавы
  • Fede, Gira и Jung - Бытовые выключатели
  • Полупроводниковые материалы - германий и кремний
  • Проводниковые железо и сталь
  • Школа для электрика в Facebook и ВКонтакте:


    Оставьте комментарий:


    Основы электротехники | Основы электроники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Электрические машины | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электричсекое освещение | Электромонтажные работы | Эксплуатация электрооборудования
    Алфавитный указатель: