O papel do grafeno na química

Conceitos principais

Neste artigo, você aprenderá as principais diferenças entre grafeno e grafite e como as propriedades físicas e químicas do grafeno se prestam bem a várias aplicações.

Introdução

Grafeno é uma camada fina de fortemente embalada carbono Átomos, dispostos em um padrão de favo de mel. O nome “grafeno” foi criado pela primeira vez em 1987 para descrever uma única folha de grafite. O grafeno é um bloco de construção basic de materiais grafíticos.

Para ser claro, grafeno e grafite, apesar de seus nomes semelhantes, são materiais muito diferentes. A grafite é composta de grafeno. No entanto, eles são fisicamente diferenciados pelo quantia de suas camadas. Ainda há debate sobre o número concreto, mas é geralmente aceito que 30 camadas e menos são descritas como multicamadas grafenoenquanto mais de 30 camadas se referem a grafite. A grafite, frequentemente usada em lápis, é bastante maleável e ocorre naturalmente em rochas sedimentares. Enquanto isso, o grafeno possui uma infinidade de aplicações comerciais em supercapacitores, células solares, filtração de água e até tinta!

Como e quando o grafeno foi descoberto?

O grafeno tecnicamente não foi descoberto! É dado crédito ao BOEHM HANNS-PETER para definir formalmente o termo grafeno. No entanto, o primeiro isolamento e caracterização adequado do grafeno foi realizado por Andre Geim e Konstantin Novoselov em 2004. Esse materials incrivelmente único provocou a imaginação dos cientistas nos campos para as possibilidades.

Eles alcançaram essa “descoberta” através de um processo chamado clivagem micromecânicauma técnica de esfoliação mecânica referente -se à separação do títulos entre camadas de grafite. A clivagem micromecânica pode ser feita de várias maneiras diferentes. Uma maneira simples é com a fita scotch comum comum, usando seu apoio adesivo para aplicar força diretamente e separar uma única camada de grafeno. Este period o método unique usado para produzir grafeno e ainda é usado hoje na indústria! No entanto, é muito demorado, então outro método está usando ondas sonoras para agitar as partículas, conhecidas como sonificação. Atualmente, a pesquisa está sendo realizada na esperança de melhorar ainda mais o processo de clivagem, tornando -a mais perfeita e menos dependente da fita.

Propriedades químicas do grafeno

Com uma fórmula química de C, o grafeno é um dos alotropes de carbono mais interessantes! Grafeno é composto de sp² hibridizado carbonos, formando extremamente fortes ligações covalentes. O Forças de dispersão de Londres causando dipolos induzidos dentro da molécula também ajuda a estabilizar a molécula.

O grafeno é um materials relativamente inerte, não interagindo ansiosamente com outros átomos devido à sua alta estabilidade. É extremamente condutor, permitindo que os elétrons passem facilmente. Resultado da lacuna de banda extremamente pequena, o grafeno é chamado de semicondutor de hole zero. Zero hole refere -se à pequena distância entre a banda de valência e a banda de condução. Camadas adicionais de grafeno levam a SP orbital Mistura dentro da molécula, o que aumenta a energia necessária para que os elétrons “pularem” para cima. Isso representa uma redução em Mobilidade eletrônica (A velocidade com que o elétron pode subir as faixas). À medida que a espessura do grafeno aumenta, o mesmo ocorre com a lacuna da banda, exigindo mais energia e tempo para que os elétrons se movam.

Propriedades físicas do grafeno

O grafeno é considerado o alotropo mais fino conhecido hoje, com uma espessura de aproximadamente 0,34 nanômetros, que é a espessura de um átomo de carbono! O grafeno também é elogiado por sua força, estimado em cerca de 100 ou mais vezes mais forte que o aço. Essa força é devido à sua composição química que discutimos acima. A forte ligação covalente do grafeno, combinada com a influência das forças de dispersão de Londres, cria títulos extremamente estáveis! Em suma, suas propriedades físicas únicas o tornam um materials impressionante.

Aplicações

O grafeno é uma potência tecnológica, popularmente usada em sensores químicos, biológicos e magnéticos, revestimentos preventivos e até armazenamento de energia. A pesquisa de grafeno tem prosperado em termos de supercapacitores e baterias. Sua incrível condutividade elétrica, juntamente com sua flexibilidade, faz do grafeno um excelente materials para a tecnologia vestível. A magreza do grafeno é por que é tão flexível, pois os próprios ligações não têm muita flexibilidade.

Sensibilidade térmica do grafeno quando Dopado Também o torne ideally suited para o equipamento em campo, operando, com mais eficiência do que o silício comum. Doping é o processo de introdução de uma nova substância em um semicondutor; Nesse caso, os cientistas têm explorado as aplicações de introdução cobre para grafeno.

Da mesma forma, o grafeno demonstrou melhorar a eficiência nas células solares, aumentando o número de locais ativos na célula. As células solares se beneficiam de sua alta condutividade, pequena lacuna de banda e natureza inerte! No entanto, os cientistas estão trabalhando para melhorar o grafeno em manter o custo e estão explorando o uso de óxido de grafeno. Também aproveitando sua natureza inerte, a aplicação de grafeno na tinta resistente à corrosão está sendo explorada atualmente para uso em carros e navios.

Conclusão

Neste artigo, discutimos grafeno, um alotropo de carbono aclamado por químicos, engenheiros e físicos como um materials incrível. Aprendemos o que separa o gráficoENE do gráficoITEe por que eles têm propriedades tão diferentes. Expusemos como a composição química do grafeno explica suas propriedades físicas e como os cientistas podem aplicar essas propriedades no mundo actual. De sensores magnéticos à tinta resistente à corrosão, o grafeno é um jogador versátil no mundo da ciência dos materiais!