Süsinikuaatomid moodustavad grafiidi ja grafeeni, mis on mõlemad süsinikupõhised materjalid. Grafeen on vaid üks grafiidi aatomkiht – sp2-ga seotud süsinikuaatomite kuusnurkne või kärgvõre.
Grafiit on tavaline materjal, mis koosneb mitmest grafeenikihist. Grafeenil ja grafiidil on mõnevõrra erinevad struktuuriomadused ja tootmisprotsessid.
Võtme tagasivõtmine
- Grafiit on looduslikult esinev kristalse struktuuriga süsiniku allotroop, mida kasutatakse erinevates rakendustes, nagu pliiatsid ja määrdeained.
- Grafeen on üks süsinikuaatomite kiht, mis on paigutatud kuusnurksesse võresse, mis on tuntud oma erakordse tugevuse ja juhtivuse poolest.
- Grafiit on grafeenikihtidega puistematerjal, samas kui grafeen on eraldatud, ühekihiline, millel on suurepärased omadused.
Grafiit vs grafeen
Grafiit on pehme kihiline materjal, mida kasutatakse lisaks süsiniku vormile ka näiteks pliiatsites ja määrdeainetes. Grafeen ehk ühekihiline grafiit on suurepärane soojus- ja elektrijuht ning tänu oma omadustele on see paljulubav materjal tehnoloogilistes rakendustes.
Grafiit on mineraal, mis koosneb paljudest ühetasandiliste süsinikuaatomite kihtidest, mis esineb looduslikult. Seda võib looduslikult leida moondekivimitest.
Metamorfism viib settes sisalduvate süsinikuühendite vähenemiseni, mille tulemuseks on grafiidi moodustumine. Grafiidi keemilised sidemed on tugevuse poolest võrreldavad teemantides leiduvate sidemetega.
Grafeen on kahemõõtmeline süsinikaine, mida kasutatakse laialdaselt. Kõige õhem inimesele teadaolev materjal on grafeen. Süsinikuaatomid on kindlalt ühendatud kuusnurkses kärgvõres grafeeni monokihis.
Väikesel skaalal on grafeenil tohutu tõmbetugevus. Kuna igal süsinikuaatomil on vaba pi-elektron, on grafeenil suurepärased elektrijuhtivusomadused.
Võrdlustabel
| Võrdlusparameetrid | Grafiit | Grafeen |
|---|---|---|
| LOHVI PAKSUS | See on paksem, kuna koosneb mitmest süsinikukihist. | Ühekihiline ja seega õhem. |
| Keemiline sidumine | Iga aatom on seotud kolme kovalentse sidemega ja sellel on vaba elektron. | Iga aatom on seotud kolme sigma sidemega ja ühe pi-sidemega, mis on suunatud tasapinnale. |
| struktuur | Kolmemõõtmeline | Kahemõõtmeline |
| tugevus | Rabe | Kõige tugevam materjal üldse. |
| Välimus | Värvuselt on raudmust kuni terashall ja sellel on läige. | Mõnevõrra läbipaistev. |
Mis on Grafiit?
Grafiit on looduslikult esinev element, mis tekib siis, kui lubjakivimaardlates orgaaniline aine moondub.
Looduslik grafiit on mineraal, mida võib leida moonde- ja tardkivimites ning mida kasutatakse muu hulgas tulekindlates materjalides, akudes, terasetööstuses, paisutatud grafiidis, piduri hõõrdkatetes, valukodades ja määrdeainetes.
Edward G. Acheson tootis kogemata grafiiti, viies läbi kõrgtemperatuurilisi karborundiuuringuid. Ta avastas, et karborundis sisalduv räni aurustub ligikaudu 4,150 °C (7,500 °F) juures, jättes süsiniku grafiidi kujule.
Pliiatsite südamikud on valmistatud grafiidist, mis on must pehme materjal, mille kihid võivad üksteise peale libiseda.
Pliiatsi kaane valmistamiseks segatakse grafiit savi ja veega. Mida kõvemaks muutub pliiatsiots, kuna need lisavad rohkem savi.
Pulbergrafiiti kasutatakse selle pehmuse tõttu kiiresti liikuvate seadmeosade määrimiseks. Grafiidi kihiline struktuur koosneb kuuest süsinikuaatomist koosnevatest rõngastest, mis on organiseeritud horisontaalsete lehtedena, mis on üksteisest laialt eraldatud.
Selle tulemusena kristalliseerub grafiit kuusnurkses süsteemis, erinevalt teemandist, mis kristalliseerub oktaeedris või tetraeedriline süsteeme.
Grafiit on tumehallist mustani, läbipaistmatu ja äärmiselt pehme. Sõna grafiit pärineb kreekakeelsest tegusõnast graphene, mis tähendab "kirjutama", kuna sellel on rasvane tekstuur ja see tekitab musta jälje.
Mis on grafeen?
Ühekihilist sp2-seotud süsinikuaatomit kuusnurkses võres nimetatakse ühekihiliseks grafeeniks. Grafeen on miljon korda õhem kui paber ja see on nii õhuke, et see on lihtsalt kahemõõtmeline.
Grafeen on väga paindlik ja läbipaistev, lisaks sellel on olulised elektrilised omadused. Selle tulemusena on see hea kandidaat kaasaskantava elektroonika jaoks.
Grafeen võib muuta nutitelefonid ja tahvelarvutid palju vastupidavamaks ning võimaldada neid isegi paberina voltida. Grafeenlehes on iga süsinikuaatom kindlalt seotud kolme teise aatomiga sarnaste nurkade all, mille tulemuseks on lame kärgstruktuuri sarnane struktuur.
Need tugevad ühendused annavad struktuurile sarnaselt tohutu vastupidavuse teemant, mis on kolmemõõtmeline süsiniku kristall, milles iga aatom on seotud nelja naabriga.
Grafeeni kuusnurkne kuju on aluseks fullereenidele, mis on õõnsad molekulaarstruktuurid, mis koosnevad 60 või enamast süsiniku molekulist, mis on sarnased armsatele süsinikukeradele, mida tuntakse kui "buckyballs".
Nende struktuuride nanomõõtmeline võrk on nii paindlik, et neid saab voldida õõnsateks silindriteks, muutes need sobivateks molekulaarseteks mahutiteks.
Iga grafeenilehe aatom annab molekulile ühe vaba elektroni, sest elemendil süsinikul on sidumiseks neli ligipääsetavat elektroni.
Materjali tühikäigu negatiivne laeng aitab kaasa selle erakordsele juhtivusele ja ülijuhtivusele, muutes selle ideaalseks keeruka elektroonika jaoks.
Peamised erinevused grafiidi ja grafeeni vahel
- Grafiitlehe paksus on suurem kui grafeenil, mis koosneb tasapinnaliste süsinikuaatomite kärgstruktuurilaadsetest kihtidest. Grafeen on üks kiht, mis tekib siis, kui grafiitleht rebitakse üheks kihiks, mille paksus on ainult üks süsinikuaatom.
- Grafiit sisaldab kolme kovalentset sidet iga süsinikuaatomi ja ühe vaba elektroni ümber, samas kui grafeenil on neli sidet, sealhulgas kolm sigma sidet iga süsinikuaatomi ümber ja üks pi side lennukist kõrvale orienteeritud.
- Grafiidil on kolmemõõtmeline mikroskoopiline struktuur, mis koosneb lehtedena kuhjatud grafiidimolekulide kihtidest. Grafeen on kahemõõtmeline aine, mis koosneb ühest grafiidimolekulide lehest, mille paksus on alla ühe nanomeetri.
- Grafiit on rabe, samas kui grafeen on kõige vastupidavam aine, mida kunagi uuritud.
- Grafiidil on metalliline läige ja selle toon on raudmustast terashallini, samas kui grafeen on üsna läbipaistev.
Viide
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051
Viimati värskendatud: 08. juulil 2023
Olen selle blogipostituse kirjutamisega nii palju vaeva näinud, et teile väärtust pakkuda. See on mulle väga kasulik, kui kaalute selle jagamist sotsiaalmeedias või oma sõprade/perega. JAGAMINE ON ♥️
Piyush Yadav on viimased 25 aastat töötanud kohalikus kogukonnas füüsikuna. Ta on füüsik, kelle kirg on muuta teadus meie lugejatele kättesaadavamaks. Tal on loodusteaduste bakalaureusekraad ja keskkonnateaduste magistrikraad. Tema kohta saate tema kohta rohkem lugeda bio-leht.
