Атомы углерода составляют графит и графен, оба материала на основе углерода. Графен — это всего лишь один атомный слой графита — гексагональная или сотовая решетка из sp2-связанных атомов углерода.
Графит — это распространенный материал, состоящий из нескольких слоев графена. Графен и графит имеют несколько разные структурные свойства и процессы производства.
Основные выводы
- Графит — это природный аллотроп углерода с кристаллической структурой, используемый в различных областях, таких как карандаши и смазочные материалы.
- Графен представляет собой единый слой атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке, известный своей необычайной прочностью и проводимостью.
- Графит представляет собой объемный материал со слоями графена, а графен представляет собой изолированный один слой с превосходными свойствами.
Графит против графена
Графит — это мягкий, хлопьевидный материал, используемый, например, в карандашах и смазках, в дополнение к тому, что он является формой углерода. Графен, то есть однослойный графит, является отличным проводником тепла и электричества, а его свойства делают его перспективным материалом для технологических применений.
Графит — это природный минерал, состоящий из множества слоев одноплоскостных атомов углерода. Его можно найти в метаморфических породах естественным путем.
Метаморфизм приводит к восстановлению осадочных соединений углерода, что приводит к образованию графита. Химические связи в графите по прочности сравнимы с теми, что встречаются в алмазах.
Графен представляет собой двумерное углеродное вещество, которое широко используется. Самым тонким материалом, известным человеку, является графен. Атомы углерода надежно связаны в гексагональную сотовую решетку в монослое графена.
В крошечном масштабе графен демонстрирует огромную прочность на растяжение. Поскольку у каждого атома углерода есть свободный пи-электрон, графен обладает выдающимися свойствами электропроводности.
Сравнительная таблица
| Параметры сравнения | Graphite | Графен |
|---|---|---|
| Толщина | Он толще, так как состоит из нескольких слоев углерода. | Однослойный и поэтому более тонкий. |
| Химическая связь | Каждый атом связан тремя ковалентными связями и имеет свободный электрон. | Каждый атом связан тремя сигма-связями и одной пи-связью, ориентированной наружу к плоскости. |
| Структура | Трехмерный | Двумерный |
| Силы | ломкий | Самый прочный материал. |
| Внешний вид | Имеет цвет от железно-черного до серо-стального и имеет блеск. | Несколько прозрачно. |
Что такое Graphite?
Графит представляет собой природный элемент, который образуется, когда органическое вещество в известняковых отложениях подвергается метаморфизму.
Природный графит — это минерал, который можно найти в метаморфических и магматических породах, и он используется, среди прочего, в огнеупорах, батареях, сталеплавильном производстве, расширенном графите, тормозных накладках, литейных покрытиях и смазочных материалах.
Эдвард Г. Ачесон случайно получил графит, проводя исследования высокотемпературного карборунда. Он обнаружил, что кремний в карборунде испаряется примерно при 4,150°C (7,500°F), оставляя углерод в графитовой форме.
Сердечники карандашей сделаны из графита, который представляет собой черный мягкий материал со слоями, которые могут скользить друг по другу.
Графит смешивают с глиной и водой, чтобы сделать крышку карандаша. Чем тверже становится кончик карандаша, когда они добавляют больше глины.
Порошковый графит используется для смазывания быстродвижущихся деталей оборудования из-за его мягкости. Слоистая структура графита состоит из колец из шести атомов углерода, организованных в горизонтальные слои, которые широко разделены.
В результате графит кристаллизуется в гексагональной системе, в отличие от алмаза, который кристаллизуется в октаэдрической или четырехгранный систем.
Графит имеет цвет от темно-серого до черного, непрозрачный и очень мягкий. Слово графит происходит от греческого глагола graphene, что означает «писать», так как он имеет жирную текстуру и оставляет черный отпечаток.
Что такое графен?
Одиночный слой атомов углерода, связанных sp2-связями, в гексагональной решетке называется однослойным графеном. Графен в миллион раз тоньше бумаги, и он настолько тонкий, что просто двумерный.
Графен очень гибкий и прозрачный, а также обладает значительными электрическими характеристиками. В результате это хороший кандидат для портативной электроники.
Графен может сделать смартфоны и планшеты намного более прочными и даже позволит складывать их, как бумагу. В листе графена каждый атом углерода прочно связан с тремя другими атомами под одинаковыми углами, в результате чего получается плоская сотовая структура.
Эти прочные соединения придают конструкции огромную устойчивость, подобную алмаз, который представляет собой трехмерный кристалл углерода, в котором каждый атом связан с четырьмя соседями.
Шестиугольная форма графена служит основой для фуллеренов, которые представляют собой полые молекулярные структуры, состоящие из 60 или более молекул углерода, похожие на прекрасные углеродные сферы, известные как «бакиболы».
Наноразмерная сетка этих структур настолько гибкая, что их можно сложить в полые цилиндры, что делает их подходящими молекулярными контейнерами.
Каждый атом в листе графена предоставляет молекуле один свободный электрон, поскольку у элемента углерода есть четыре доступных электрона для связи.
Холостой отрицательный заряд материала способствует его необычайной проводимости и сверхпроводимости, что делает его идеальным для сложной электроники.
Основные различия между графитом и графеном
- Графитовый лист имеет большую толщину, чем графен, который состоит из сотовых слоев плоских атомов углерода. Графен представляет собой единый слой, который образуется, когда лист графита разрывается на один слой толщиной всего в один атом углерода.
- Графит содержит три ковалентные связи вокруг каждого атома углерода и один свободный электрон, тогда как графен имеет четыре связи, в том числе три сигма-связи вокруг каждого атома углерода и одну пи-связь ориентированы вне плоскости.
- Графит имеет трехмерную микроскопическую структуру, состоящую из слоев молекул графита, сложенных стопкой, как страницы. Графен представляет собой двумерное вещество, состоящее из одного листа молекул графита толщиной менее одного нанометра.
- Графит хрупкий, тогда как графен — самое прочное вещество из когда-либо изученных.
- Графит имеет металлический блеск и имеет оттенок от черного до серо-стального, в то время как графен довольно прозрачен.
Справка
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051
Последнее обновление: 08 июля 2023 г.
Я приложил столько усилий, чтобы написать этот пост в блоге, чтобы предоставить вам ценность. Это будет очень полезно для меня, если вы подумаете о том, чтобы поделиться им в социальных сетях или со своими друзьями/родными. ДЕЛИТЬСЯ ♥️
Пиюш Ядав последние 25 лет работал физиком в местном сообществе. Он физик, увлеченный тем, чтобы сделать науку более доступной для наших читателей. Он имеет степень бакалавра естественных наук и диплом о высшем образовании в области наук об окружающей среде. Подробнее о нем можно прочитать на его био страница.
