(vchal /iStock /Getty Images) Graphen ist ein gängiges, zweidimensionales Material aus Kohlenstoff. Wenn es in Schichten gestapelt wird, nennt man es Graphit, eine dunkle Substanz, die den meisten Menschen gemischt mit Ton in sogenannten „Bleistiften“ vorkommt.
Dank seiner einzigartigen Mischung aus strukturellen, thermischen und elektromagnetischen Eigenschaften hat Graphen aufgrund seiner potenziellen Rolle in einer Vielzahl zukünftiger Technologien große Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
Jedes Kohlenstoffatom in einer Graphenschicht ist in identischen Winkeln fest mit drei anderen Atomen verbunden und bildet eine flache, wabenartige Struktur. Ähnlich wie beim Diamant – einem dreidimensionalen Kohlenstoffkristall, bei dem jedes Atom mit vier Nachbarn verbunden ist – verleihen diese starken Bindungen der Struktur eine erhebliche Robustheit.
Insbesondere Graphen weist eine unglaubliche Zugfestigkeit auf, insbesondere im kleinen Maßstab. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu einer dünnen Schnur aus kristallisiertem Stahl mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern Graphen ist mehr als sechsmal so groß schwerer auseinander zu reißen. Tests mit anderen, weniger idealen Stahlformen wurden bereits durchgeführt schlug vor, dass es Hunderte sein könnten um ein Vielfaches stärker.
Die sechseckige Grundform von Graphen bildet die Grundlage für Fullerene, eine hohle Molekülstruktur, die aus 60 oder mehr Kohlenstoffmolekülen besteht, wie diese wunderschönen Kohlenstoffkugeln namens „ Buckyballs '. Das nanoskalige Netz dieser Strukturen ist so flexibel, dass es zu Hohlzylindern gerollt werden kann, was sie zu potenziell nützlichen Behältern im molekularen Maßstab macht.
Graphenschichten, ein Buckyball und eine Nanoröhre (mstroeck/Wikimedia commons/GFDL)
Da das Element Kohlenstoff über vier Elektronen zur Bindung verfügt, trägt jedes Atom in einer Graphenschicht mindestens ein ungebundenes Elektron zum Molekül bei. Diese ungenutzte negative Ladung trägt dazu bei, dass das Material entsteht unglaublich leitfähig Und supraleitende Eigenschaften , was es für fortgeschrittene Elektronik geeignet macht.
Zu diesen Talenten kommt noch die Undurchlässigkeit gegenüber vielen Flüssigkeiten und Gasen hinzu Fähigkeit, Wasser abzustoßen , sowie eine unglaubliche Transparenz, und es ist leicht zu verstehen, warum Graphen als „ Wundermaterial ', auf die man achten muss.
Wie wurde Graphen entdeckt?
Dabei wurden die grundlegenden Struktureigenschaften von Graphit experimentell bestimmt im frühen 20. Jahrhundert , die erste wirkliche Theorie über die einzigartige Chemie von Graphen wurde erst 1947 von einem kanadischen theoretischen Physiker ausgearbeitet Philip Russell Wallace versuchte, Wege zu finden, die elektrischen Eigenschaften von Graphit zu erklären.
So interessant das Material auch zu sein schien, es war eine Herausforderung, Graphit dazu zu zwingen, mehr als ein paar einzelne Schichten auf einmal abzuwerfen.
In 2004 Die Forscher Andre Geim und Kostya Novoselov von der Universität Manchester haben bekanntermaßen eine Methode entwickelt, um ausreichende Mengen für die Untersuchung zu produzieren, indem sie Graphen mit kaum mehr als klebrigen Tesafilmfilmen vom Graphit abschälten. Seitdem haben sie es getan erhielt einen Nobelpreis für ihre bahnbrechenden Studien zu diesem Material.
Die künftige Verwendung von Graphen wird auf weitaus effizienteren Produktionsmethoden beruhen, was Forscher dazu anregt, danach zu suchen innovative neue Wege um riesige Platten aus flachem 2D-Carbonnetz herzustellen.
Alle themenbezogenen Artikel werden zum Zeitpunkt der Veröffentlichung von Faktenprüfern als korrekt und relevant eingestuft. Text und Bilder können aufgrund einer redaktionellen Entscheidung geändert, entfernt oder hinzugefügt werden, um die Informationen auf dem neuesten Stand zu halten.