Grafen är ett material som har flera egenskaper som kan revolutionera teknologin

BIld av OpenClipart-Vectors från Pixabay

Grafen är ett material som består av ett tvådimensionellt lager av kolatomer organiserade i sexkantiga strukturer, vars höjd motsvarar en atoms. Detta material kan produceras genom att extrahera ytlager av grafit, ett mineral som finns rikligt på jorden och en av de vanligaste kolototroperna.

De kemiska bindningarna och tjockleken på grafen är ansvariga för flera viktiga egenskaper hos detta element, såsom mekanisk resistans och termisk och elektrisk ledningsförmåga. Dessa egenskaper har lockat forskare och teknikindustrin för deras oändliga användningsmöjligheter.

Upptäckten av grafen

Stabil, tvådimensionell grafen upptäcktes av misstag 2004 av ryska fysiker Andre Geim och Konstantin Novoselov. Denna upptäckt garanterade forskarna Nobelpriset i fysik 2010. Emellertid har förekomsten av denna kolallotrop varit känd sedan 1930.

Grafengenskaper

Graphene har många egenskaper som gör det till ett material med flera tekniska tillämpningar. Känn de viktigaste egenskaperna hos denna allotrop.

Mekaniska egenskaper

Grafen är det starkaste materialet någonsin. Detta motstånd härrör från de starka bindningarna som bildas mellan dess kolatomer. Material som används i stor utsträckning i civila konstruktioner, såsom stål, tål endast en tredjedel av detta tryck.

En annan intressant egenskap hos grafen är dess höga Young-modul, vilket indikerar att detta material, förutom att vara resistent, är mycket elastiskt. Därför kan den återgå till sin ursprungliga storlek relativt enkelt.

De små områdena i varje kolhexagon är ansvariga för den höga ogenomträngligheten av grafen, som kan användas som ett litet nätverk som kan hålla gaser som lätt läcker ut från deras behållare, såsom vätgas. Förutom att vara extremt motståndskraftig är grafen mycket lätt: densiteten är 0,77 g / m², det vill säga ungefär tusen gånger lättare än ett pappersark.

Elektriska egenskaper

Elektroner kan spridas i grafen nästan fritt utan att avvika eller kollidera. På grund av kolbindningarnas sexkantiga struktur rör sig elektronerna inom dessa tunna skikt med relativistiska hastigheter, det vill säga nära ljusets hastighet.

Vid rumstemperatur är grafens elektriska resistivitet den lägsta som finns. Således kan detta element anses vara den bästa metallledaren.

Optiska egenskaper

Eftersom det låter 97,5% av det infallande ljuset passera, är grafen osynlig för blotta ögat. Detta optiska beteende härrör från de relativistiska egenskaperna hos elektroner i grafen. Detta innebär att genom att stapla flera ark grafen är det möjligt att producera en perfekt svart kropp som kan absorbera nästan all strålning som inträffar på den.

Termiska egenskaper

På grund av dess elektriska egenskaper är grafen en utmärkt värmeledare. Detta material kan sprida värme snabbare än något annat känt material. Dessutom tyder vissa studier på att dess smälttemperatur är 3851 ° C.

Därför är grafens huvudsakliga egenskaper och egenskaper:

• Den är extremt tunn: den har en atoms tjocklek;
• Det är mycket motståndskraftigt: cirka 200 gånger mer motståndskraftigt än stål;
• Det är flexibelt;
• Det är vattentätt;
• Den är transparent: den överför cirka 97,5% av ljusstrålarna;
• Den har hög termisk och elektrisk ledningsförmåga: leder elektrisk energi 100 gånger snabbare än koppar. Studier har också visat att elektronens hastighet genom grafen är 1000 km / s (60 gånger snabbare än kisel).
• Den har hög hårdhet
• Det har mindre Joule-effekt: det förlorar mindre energi i form av värme när man leder elektroner.

Grafenapplikationer

På grund av dess egenskaper och egenskaper är grafen ett av de mest lovande materialen som är kända. Dess tekniska tillämpningar är stora men begränsade av kapaciteten att producera detta material i stor skala. Enheter som fällbara LED-skärmar, solceller, effektivare transistorer, superkapacitorer, kylflänsar och superbatterier till mobiltelefoner är några exempel på teknik som utvecklats genom användning av grafen.

Dessutom kan grafen appliceras inom andra studieområden, såsom:

Dricksvatten

Grafenformade membran kan avsalta och rena havsvatten

CO2-utsläpp

Grafenfilter kan minska koldioxidutsläppen genom att separera gaser som genereras av industrier och företag

Upptäckt av sjukdomar

Mycket snabbare biomedicinska sensorer är tillverkade av grafen och kan upptäcka sjukdomar, virus och andra toxiner

Konstruktion

Byggmaterial som betong och aluminium blir lättare och mer motståndskraftiga med tillsats av grafen

Estetik

Hårfärgning genom att spruta grafen håller upp till 30 tvättar

Mikroenheter

Mindre och mer motståndskraftiga flisor på grund av att kisel ersätts med grafen

Energi

Solceller har bättre flexibilitet, mer transparens och minskade produktionskostnader med användning av grafen

Elektronik

Batterier med bättre och snabbare energilagring

Rörlighet

Cyklar kan ha fastare däck och ramar som väger 350 gram med grafen

Bland studierna relaterade till grafen lyfter vi fram de som involverar utvecklingen av nya dataöverföringskablar för internet. Enligt forskning publicerad av tidskriften Nature Communication är tanken att dra nytta av all hastighet som elektroner uppnår i grafen - celler rör sig i den hundratals gånger snabbare än i de kablar som för närvarande används.

Betydelsen av grafen för Brasilien

Brasilien är en del av det tekniska loppet för att få billigare och effektivare metoder för produktion av grafen. Enligt rapporten från National Department of Mineral Production (DNPM) förväntas grafenmarknaden vara en av de mest lönsamma i världen med potential att nå upp till 1 biljon dollar på tio år. Dessutom har Brasilien de största reserverna av grafen i världen.

Grafenpris

På grund av dess komplexa sätt att erhålla är priset på grafen fortfarande högt. De mest aktuella teknikerna som möjliggör produktion av rena och tunna skikt av detta material fungerar med avsättning av ånga på metallunderlag, såsom kopparplåt.

För närvarande kan ett ark med 5,08 cm och 2,54 cm grafen kosta upp till 275 dollar: i genomsnitt 21 dollar per kvadratcentimeter. Men faktorer som föroreningar och asymmetrier kan drastiskt sänka detta pris. Grafen kan också erhållas från grafit: med 1 kg grafit, som kostar cirka 1 dollar, är det möjligt att producera 150 g grafen, vars värde överstiger 15 tusen dollar.

Grafen fakta

• Europeiska unionens Graphene Flagship-projekt har öronmärkt cirka 1,3 miljarder euro till forskning relaterad till grafen, applikationer och industriell utveckling i industriell skala. Sammanlagt deltar 150 institutioner från 23 länder i detta projekt.
• Den första resväskan som utvecklats för rymdresor har grafen i sin sammansättning. Lanseringen är planerad till 2033, då NASA avser att genomföra expeditioner till Mars.
• Borophene är den nya konkurrenten till grafen. Detta material, som upptäcktes 2015, anses vara en förbättrad version av grafen, som är ännu mer flexibel, beständig och ledande.

Original text

Contribute a better translation

---