ग्राफीन आणि ग्रेफाइटमध्ये काय फरक आहे?

एक उल्लेखनीय रासायनिक घटक, कार्बन हा रासायनिक घटकांच्या आवर्त सारणीच्या दुसऱ्या कालखंडातील चौदाव्या गटात सोयीस्करपणे सहाव्या क्रमांकावर बसलेला आहे. प्राचीन काळापासून, लोकांना हिरा आणि ग्रेफाइट माहित आहेत, आतापर्यंत सापडलेल्या या घटकाच्या नऊपेक्षा जास्त अॅलोट्रॉपिक बदलांपैकी दोन. तसे, इतर पदार्थांच्या तुलनेत, आधुनिक विज्ञानाला ज्ञात असलेल्या ऍलोट्रॉपिक बदलांची संख्या सर्वात मोठी कार्बन आहे.

अॅलोट्रॉपी म्हणजे दोन किंवा अधिक साध्या पदार्थांच्या स्वरूपात समान रासायनिक घटकाच्या अस्तित्वाची शक्यता, तथाकथित अॅलोट्रॉपिक फॉर्म किंवा अॅलोट्रॉपिक बदल, ज्यामुळे या पदार्थांमध्ये रचना आणि गुणधर्म दोन्हीमध्ये फरक होतो. तर, कार्बनचे असे 8 मूलभूत स्वरूप आहेत: डायमंड, ग्रेफाइट, लॉन्सडेलाइट, फुलरेन्स (C60, C540 आणि C70), आकारहीन कार्बन आणि एकल-भिंतीचे नॅनोट्यूब.

कार्बनच्या या प्रकारांमध्ये पूर्णपणे भिन्न गुणधर्म आणि वर्ण आहेत: मऊ आणि कठोर, पारदर्शक आणि अपारदर्शक, स्वस्त आणि महाग पदार्थ. तथापि, दोन समान कार्बन बदलांची तुलना करूया - ग्रेफाइट आणि ग्राफीन.

ग्राफिटीशी आपण सर्वजण शाळेपासून परिचित आहोत.सामान्य पेन्सिलची शिसे नेमकी ग्रेफाइट असते. हे स्पर्शास अगदी मऊ, निसरडे आणि स्निग्ध आहे, क्रिस्टल्स प्लेट्स आहेत, अणूंचे थर एकमेकांच्या वर स्थित आहेत, म्हणून घासताना, उदाहरणार्थ, कागदावर, ग्रेफाइटच्या स्तरित क्रिस्टल संरचनेचे स्वतंत्र फ्लेक्स सहजपणे सोलतात. , कागदावर एक वैशिष्ट्यपूर्ण गडद ट्रेस सोडून.

ग्रेफाइट विद्युत प्रवाह चांगले चालवते, त्याचा प्रतिकार सरासरी 11 Ohm * mm2 / m आहे, परंतु ग्रेफाइटची चालकता त्याच्या क्रिस्टल्सच्या नैसर्गिक एनिसोट्रॉपीमुळे समान नसते. अशा प्रकारे, क्रिस्टलच्या विमानांवरील चालकता या विमानांमधील चालकतेपेक्षा शेकडो पट जास्त आहे. ग्रेफाइटची घनता 2.08 ते 2.23 g/cm3 आहे.

निसर्गात, आग्नेय आणि ज्वालामुखीच्या खडकांमध्ये, स्कार्न्स आणि पेग्मॅटाइट्समध्ये उच्च तापमानात ग्रेफाइट तयार होतो. हे हायड्रोथर्मल इंटरमीडिएट तापमान पॉलीमेटॅलिक डिपॉझिट्समधील खनिजांसह क्वार्ट्ज नसांमध्ये आढळते. हे रूपांतरित खडकांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वितरीत केले जाते.

अशा प्रकारे, 1907 पासून, मादागास्कर बेटावर नैसर्गिक फ्लेक ग्रेफाइटचे जगातील सर्वात मोठे साठे विकसित केले गेले आहेत. बेटामध्ये प्रीकॅम्ब्रियन मेटामॉर्फिक खडक आहेत जे 4,000-4,600 फूट उंचीच्या हायप्सोमेट्रिक चिन्हांसह डोंगराळ प्रदेशात पृष्ठभागावर उठतात. ग्रेफाइट येथे 400 मैल लांब पट्ट्यात आढळतो आणि बेटाच्या मध्यभागी असलेल्या पूर्वेकडील पर्वतांवर त्याचे वर्चस्व आहे.

ग्राफीन, ग्रेफाइटच्या विपरीत, मोठ्या प्रमाणात क्रिस्टल संरचना नाही; यात द्विमितीय षटकोनी क्रिस्टल जाळी आहे, फक्त एक अणू जाड आहे. अशा अॅलोट्रॉपिक बदलामध्ये, कार्बन नैसर्गिकरित्या उद्भवत नाही, परंतु सैद्धांतिकदृष्ट्या कृत्रिमरित्या प्राप्त केले जाऊ शकते. आपण असे म्हणू शकतो की ग्रेफाइटच्या बहुस्तरीय बल्क क्रिस्टल स्ट्रक्चरपासून जाणूनबुजून वेगळे केलेले विमान हेच ​​ग्राफीन असेल.

या स्वरूपातील पदार्थाच्या अस्थिरतेमुळे शास्त्रज्ञ सुरुवातीला साध्या द्विमितीय फिल्मच्या स्वरूपात ग्राफीन मिळवू शकले नाहीत. तथापि, सिलिकॉन ऑक्साईड सब्सट्रेटवर (डायलेक्ट्रिक लेयरच्या बंधामुळे) एक-अणू-जाड ग्राफीन मिळवणे अद्याप शक्य होते: 2004 मध्ये, रशियन शास्त्रज्ञ आंद्रे गीम आणि मँचेस्टर विद्यापीठाचे कॉन्स्टँटिन नोव्होसेलोव्ह यांनी विज्ञानात एक अहवाल प्रकाशित केला. अशा प्रकारे ग्राफीन मिळवण्यावर.

आणि आजही, संशोधनासाठी ग्राफीन मिळवण्याच्या अशा सोप्या पद्धती, जसे की चिकट टेप (आणि तत्सम पद्धती) वापरून बल्क ग्रेफाइट क्रिस्टलमधून कार्बन मोनोलेयरचे यांत्रिक एक्सफोलिएशन, न्याय्य आहेत.

संशोधकांचा असा विश्वास आहे की त्यांच्या प्रगतीमुळे, ग्राफीन-आधारित नॅनोइलेक्ट्रॉनिक्सचा एक नवीन वर्ग लवकरच उदयास येईल, जेथे फील्ड-इफेक्ट ट्रान्झिस्टर 10 एनएम पेक्षा कमी जाडीचे असतील. वस्तुस्थिती अशी आहे की ग्राफीनमधील इलेक्ट्रॉनची गतिशीलता इतकी जास्त आहे (10,000 cm2 / V * s) की आज पारंपरिक सिलिकॉनला सर्वात आशादायक पर्याय वाटतो.

उच्च वाहक गतिशीलता ही इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांची लागू विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावास अत्यंत जलद प्रतिसाद देण्याची क्षमता आहे आणि हे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्सचे मूलभूत ऑपरेटिंग युनिट फील्ड-इफेक्ट ट्रान्झिस्टरसाठी अत्यंत महत्वाचे आहे.

विविध जैविक आणि रासायनिक सेन्सर्स तसेच फोटोव्होल्टेइक उपकरणे आणि टच स्क्रीनसाठी पातळ फिल्म्स तयार करण्याची शक्यता देखील आहे. हे सर्व असूनही, ग्राफीनची थर्मल चालकता तांब्याच्या तुलनेत 10 पट जास्त आहे आणि हा निकष इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी नेहमीच खूप महत्त्वाचा असतो.