Grafit vs grafen: Rozdíl a srovnání

Atomy uhlíku tvoří grafit a grafen, což jsou oba materiály na bázi uhlíku. Grafen je pouze jedna atomová vrstva grafitu – šestiúhelníková nebo voštinová mřížka sp2 spojených atomů uhlíku.

Grafit je běžný materiál, který se skládá z několika vrstev grafenu. Grafen a grafit mají poněkud odlišné strukturální vlastnosti a výrobní procesy.

Key Takeaways

1. Grafit je přirozeně se vyskytující uhlíkový allotrop s krystalickou strukturou, používaný v různých aplikacích, jako jsou tužky a maziva.
2. Grafen je jedna vrstva atomů uhlíku uspořádaná do šestiúhelníkové mřížky, známá pro svou mimořádnou pevnost a vodivost.
3. Grafit je sypký materiál s vrstvami grafenu, zatímco grafen je izolovaná, jediná vrstva s vynikajícími vlastnostmi.

Grafit vs grafen

Grafit je měkký, vločkovitý materiál používaný například v tužkách a mazivech, kromě toho, že jde o formu uhlíku. Grafen, tedy jednovrstvý grafit, je výborným vodičem tepla a elektřiny a svými vlastnostmi je perspektivním materiálem pro technologické aplikace.

Grafit je minerál složený z mnoha vrstev jednorovinných atomů uhlíku, který se vyskytuje přirozeně. Přirozeně se vyskytuje v metamorfovaných horninách.

Metamorfóza vede k redukci sedimentárních sloučenin uhlíku, což má za následek tvorbu grafitu. Chemické vazby v grafitu jsou z hlediska pevnosti srovnatelné s těmi, které se nacházejí v diamantech.

Grafen je dvourozměrná uhlíková látka, která je široce používána. Nejtenčí materiál, který člověk zná, je grafen. Atomy uhlíku jsou bezpečně spojeny v hexagonální voštinové mřížce v monovrstvě grafenu.

V malém měřítku grafen vykazuje obrovskou pevnost v tahu. Protože každý atom uhlíku má volný pí-elektron, má grafen vynikající vlastnosti elektrické vodivosti.  

Srovnávací tabulka

Parametry srovnání	Grafit	Grafen
Tloušťka	Je silnější, protože obsahuje několik vrstev uhlíku.	Jednovrstvé a tím tenčí.
Chemická vazba	Každý atom je vázán třemi kovalentními vazbami a má volný elektron.	Každý atom je spojen třemi sigma vazbami a jednou pí vazbou, která je orientována do roviny.
Struktura	Trojrozměrný	Dvourozměrný
Pevnost	Křehký	Nejpevnější materiál vůbec.
Vzhled	Zdá se, že je železně černá až ocelově šedá barva a má lesk.	Poněkud průhledné.

Co je to Grafit?

Grafit je přirozeně se vyskytující prvek, který se tvoří, když organická hmota ve vápencových ložiscích prochází metamorfózou.

Přírodní grafit je minerál, který lze nalézt v metamorfovaných a vyvřelých horninách a používá se mimo jiné v žáruvzdorných materiálech, bateriích, výrobě oceli, expandovaném grafitu, brzdových obloženích, slévárenských obkladech a mazivech.

Edward G. Acheson náhodně vyrobil grafit při provádění vysokoteplotních studií karborunda. Zjistil, že křemík v karborundu se vypařuje při zhruba 4,150 7,500 ° C (XNUMX XNUMX ° F), přičemž uhlík zůstává v grafitické formě.

Jádra tužek jsou vyrobena z grafitu, což je černý měkký materiál s vrstvami, které po sobě mohou klouzat.

Grafit je smíchán s hlínou a vodou, aby se vytvořilo víčko tužky. Čím tvrdší je hrot tužky, když přidávají více hlíny.

Práškový grafit se kvůli své měkkosti používá k mazání rychle se pohybujících částí zařízení. Vrstvená struktura grafitu je tvořena kruhy šesti atomů uhlíku uspořádanými do horizontálních vrstev, které jsou široce odděleny.

V důsledku toho grafit krystalizuje v hexagonální soustavě, na rozdíl od diamantu, který krystalizuje v oktaedrické, resp. čtyřstěn systémy.

Grafit má tmavě šedou až černou barvu, je neprůhledný a extrémně měkký. Slovo grafit pochází z řeckého slovesa graphene, což znamená „psát“, protože má mastnou texturu a vytváří černý otisk.

Co je Graphene?

Jedna vrstva sp2 vázaných atomů uhlíku v hexagonální mřížce se nazývá jednovrstvý grafen. Grafen je milionkrát tenčí než papír a je tak tenký, že je jen dvourozměrný.

Grafen je velmi flexibilní a transparentní, kromě toho má významné elektrické vlastnosti. Ve výsledku je to dobrý kandidát na přenosnou elektroniku.

Grafen může učinit smartphony a tablety mnohem robustnějšími a dokonce je umožní skládat jako papír. V grafenové fólii je každý atom uhlíku pevně spojen se třemi dalšími atomy pod podobnými úhly, což vede k ploché struktuře podobné včelím plástve.

Tato silná spojení dodávají konstrukci obrovskou odolnost, podobnou jako diamant, což je trojrozměrný uhlíkový krystal, ve kterém je každý atom vázán na čtyři sousedy.

Šestiúhelníkový tvar grafenu slouží jako základ pro fullereny, což jsou duté molekulární struktury složené z 60 nebo více uhlíkových molekul, podobné krásným uhlíkovým koulím známým jako „buckyballs“.

Nanorozměrná síť těchto struktur je tak flexibilní, že je lze složit do dutých válců, což z nich činí vhodné molekulární nádoby.

Každý atom v listu grafenu poskytuje molekule jeden volný elektron, protože prvek uhlík má čtyři dostupné elektrony pro vazbu.

Nečinný záporný náboj materiálu přispívá k jeho mimořádným vodivým a supravodivým schopnostem, takže je ideální pro sofistikovanou elektroniku.

Hlavní rozdíly mezi grafitem a grafenem

1. Grafitový list má větší tloušťku než grafen, který se skládá z plástovitých vrstev planárních atomů uhlíku. Grafen je jediná vrstva vytvořená, když je grafitový list roztrhán do jediné vrstvy s tloušťkou pouze jednoho atomu uhlíku.
2. Grafit obsahuje tři kovalentní vazby kolem každého atomu uhlíku a jeden volný elektron, zatímco grafen má čtyři vazby, včetně tří sigma vazeb kolem každého atomu uhlíku a jedné pí bond orientované mimo rovinu.
3. Grafit má trojrozměrnou mikroskopickou strukturu, která se skládá z vrstev molekul grafitu naskládaných jako stránky. Grafen je dvourozměrná látka složená z jedné vrstvy grafitových molekul o tloušťce menší než jeden nanometr.
4. Grafit je křehký, zatímco grafen je nejodolnější látka, která kdy byla studována.
5. Grafit má kovový lesk a je železně černý až ocelově šedý odstín, zatímco grafen je poměrně průhledný.

Odkaz

1. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051

Poslední aktualizace: 08. července 2023