กราไฟท์กับกราฟีน: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

อะตอมของคาร์บอนประกอบด้วยกราไฟต์และกราฟีนซึ่งเป็นวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ กราฟีนเป็นเพียงชั้นอะตอมของกราไฟต์ - ตาข่ายหกเหลี่ยมหรือรังผึ้งของอะตอมของคาร์บอนที่เชื่อมโยง sp2

กราไฟต์เป็นวัสดุทั่วไปที่ประกอบด้วยกราฟีนหลายชั้น กราฟีนและกราไฟท์มีคุณสมบัติทางโครงสร้างและกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันบ้าง

ประเด็นที่สำคัญ

1. กราไฟท์เป็นคาร์บอนที่จัดสรรได้ตามธรรมชาติซึ่งมีโครงสร้างเป็นผลึก ใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น ดินสอและสารหล่อลื่น
2. กราฟีนเป็นอะตอมของคาร์บอนชั้นเดียวที่จัดเรียงอยู่ในโครงตาข่ายหกเหลี่ยม ซึ่งขึ้นชื่อในเรื่องความแข็งแรงและการนำไฟฟ้าที่ไม่ธรรมดา
3. กราไฟท์เป็นวัสดุเทกองที่มีชั้นกราฟีน ในขณะที่กราฟีนเป็นชั้นเดียวที่แยกได้และมีคุณสมบัติที่เหนือกว่า

กราไฟต์ vs กราฟีน

กราไฟต์เป็นวัสดุเนื้อนุ่มและเป็นขุยที่ใช้ในดินสอและสารหล่อลื่น นอกเหนือจากการเป็นคาร์บอนรูปแบบหนึ่ง กราฟีนซึ่งเป็นกราไฟท์ชั้นเดียวเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และคุณสมบัติของมันทำให้เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสำหรับการใช้งานทางเทคโนโลยี

กราไฟต์เป็นแร่ธาตุที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนระนาบเดียวหลายชั้นซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติ พบได้ในหินแปรตามธรรมชาติ

การแปรสภาพนำไปสู่การลดสารประกอบคาร์บอนตะกอน ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของกราไฟท์ พันธะเคมีในกราไฟท์เทียบได้กับพันธะเคมีที่พบในเพชรในแง่ของความแข็งแรง

กราฟีนเป็นสารคาร์บอนสองมิติที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย วัสดุที่บางที่สุดที่มนุษย์รู้จักคือกราฟีน อะตอมของคาร์บอนเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนาในโครงตาข่ายรังผึ้งหกเหลี่ยมในชั้นเดียวของกราฟีน

ในขนาดเล็ก กราฟีนแสดงความต้านทานแรงดึงอย่างมาก เนื่องจากแต่ละอะตอมของคาร์บอนมีไพ-อิเล็กตรอนอิสระ กราฟีนจึงมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่โดดเด่น  

ตารางเปรียบเทียบ

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	กราไฟท์	แกรฟีน
ความหนา	มีความหนากว่าเนื่องจากประกอบด้วยคาร์บอนหลายชั้น	ชั้นเดียวและบางลง
พันธะเคมี	แต่ละอะตอมจะถูกพันธะด้วยพันธะโควาเลนต์สามพันธะและมีอิเล็กตรอนอิสระหนึ่งตัว	แต่ละอะตอมถูกยึดเหนี่ยวด้วยพันธะซิกมาสามพันธะและพันธะไพเดียวซึ่งหันเข้าหาระนาบ
โครงสร้าง	สามมิติ	สองมิติ
ความแข็งแรง	เปราะ	วัสดุที่แข็งแรงที่สุดเท่าที่เคยมีมา
ลักษณะ	มีลักษณะเป็นสีเหล็กดำถึงเทาเหล็กและมีความมันวาว	ค่อนข้างโปร่งใส

ความหมายของ กราไฟท์?

กราไฟต์เป็นองค์ประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่ออินทรียวัตถุในคราบหินปูนเกิดการเปลี่ยนแปลง

กราไฟต์ธรรมชาติเป็นแร่ธาตุที่อาจพบได้ในหินแปรและหินอัคนี และใช้ในวัสดุทนไฟ แบตเตอรี่ การผลิตเหล็ก กราไฟต์ขยายตัว ผ้าเบรก พื้นผิวหล่อ และสารหล่อลื่น เหนือสิ่งอื่นใด

Edward G. Acheson ผลิตกราไฟต์โดยบังเอิญขณะทำการศึกษากากแร่ที่อุณหภูมิสูง เขาค้นพบว่าซิลิคอนในกากเพชรระเหยที่อุณหภูมิประมาณ 4,150°C (7,500°F) ทิ้งคาร์บอนไว้ในรูปแบบกราไฟต์

แกนดินสอทำจากกราไฟต์ซึ่งเป็นวัสดุสีดำที่อ่อนนุ่มและมีชั้นที่อาจเลื่อนทับกันได้

กราไฟต์ผสมกับดินเหนียวและน้ำเพื่อทำฝาดินสอ ไส้ดินสอยิ่งแข็งขึ้นเมื่อเติมดินเหนียวมากขึ้น

กราไฟท์แบบผงใช้ในการหล่อลื่นชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่เร็วเนื่องจากมีความนุ่มนวล โครงสร้างชั้นของกราไฟต์ประกอบด้วยวงแหวนของอะตอมคาร์บอน XNUMX อะตอมที่จัดเรียงเป็นแผ่นแนวนอนซึ่งแยกออกจากกันอย่างกว้างขวาง

เป็นผลให้กราไฟท์ตกผลึกในระบบหกเหลี่ยม ตรงข้ามกับเพชรที่ตกผลึกในรูปแปดด้านหรือ จัตุรมุข ระบบ

กราไฟต์มีสีเทาเข้มถึงดำ ทึบแสง และอ่อนมาก คำว่า กราไฟต์ มาจากคำกริยาภาษากรีกว่า กราฟีน ซึ่งแปลว่า "เขียน" เนื่องจากมีพื้นผิวมันเยิ้มและทำให้เกิดรอยพิมพ์สีดำ

กราฟีนคืออะไร?

อะตอมของคาร์บอนพันธะ sp2 ชั้นเดียวในตาข่ายหกเหลี่ยมเรียกว่ากราฟีนชั้นเดียว แกรฟีนบางกว่ากระดาษถึงล้านเท่า และบางมากจนเป็นสองมิติ

กราฟีนมีความยืดหยุ่นและโปร่งใสมาก นอกเหนือจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่สำคัญแล้ว เป็นผลให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา

กราฟีนอาจทำให้สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตมีความทนทานมากขึ้น และยังทำให้สามารถพับได้เหมือนกระดาษอีกด้วย ในแผ่นกราฟีน อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมจะถูกยึดเหนี่ยวอย่างแน่นหนากับอะตอมอื่นอีกสามอะตอมที่มุมที่ใกล้เคียงกัน ส่งผลให้มีโครงสร้างแบนคล้ายรวงผึ้ง

การเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งเหล่านี้ทำให้โครงสร้างมีความยืดหยุ่นอย่างมาก คล้ายกับ เพชรซึ่งเป็นผลึกคาร์บอนสามมิติที่ทุกอะตอมสร้างพันธะกับเพื่อนบ้านสี่กลุ่ม

รูปร่างหกเหลี่ยมของกราฟีนทำหน้าที่เป็นรากฐานสำหรับฟูลเลอรีน ซึ่งเป็นโครงสร้างโมเลกุลกลวงที่ประกอบด้วยโมเลกุลคาร์บอน 60 โมเลกุลขึ้นไป คล้ายกับทรงกลมคาร์บอนที่น่ารักที่เรียกว่า “บัคกี้บอล”

ตาข่ายระดับนาโนของโครงสร้างเหล่านี้มีความยืดหยุ่นมากจนสามารถพับเป็นกระบอกกลวงได้ ทำให้เป็นภาชนะโมเลกุลที่เหมาะสม

แต่ละอะตอมในแผ่นกราฟีนจะให้อิเล็กตรอนอิสระหนึ่งตัวแก่โมเลกุล เนื่องจากธาตุคาร์บอนมีอิเล็กตรอนที่เข้าถึงได้สี่ตัวสำหรับสร้างพันธะ

ประจุลบที่ไม่ได้ใช้งานของวัสดุมีส่วนช่วยในความสามารถในการนำไฟฟ้าและตัวนำยิ่งยวดที่ไม่ธรรมดา ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกราไฟท์และกราฟีน

1. แผ่นกราไฟต์มีความหนามากกว่ากราฟีน ซึ่งประกอบด้วยชั้นของอะตอมคาร์บอนระนาบคล้ายรังผึ้ง กราฟีนเป็นชั้นเดียวที่เกิดขึ้นเมื่อแผ่นกราไฟต์ถูกฉีกเป็นชั้นเดียวโดยมีความหนาของอะตอมคาร์บอนเพียงชั้นเดียว
2. กราไฟท์ประกอบด้วยพันธะโควาเลนต์ 3 พันธะรอบๆ อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมและมีอิเล็กตรอนอิสระ 1 ตัว ในขณะที่กราฟีนมีพันธะ 4 จุด ซึ่งรวมถึงพันธะซิกมา 3 พันธะรอบๆ อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมและอีก 1 พันธะ ปี่พันธบัตร มุ่งหน้าออกจากเครื่องบิน
3. กราไฟต์มีโครงสร้างจุลทรรศน์สามมิติที่ประกอบขึ้นจากชั้นของโมเลกุลกราไฟต์ซ้อนกันเหมือนหน้ากระดาษ กราฟีนเป็นสารสองมิติที่ประกอบด้วยโมเลกุลกราไฟต์แผ่นเดียวที่มีความหนาน้อยกว่าหนึ่งนาโนเมตร
4. กราไฟต์นั้นเปราะในขณะที่กราฟีนเป็นสารที่ทนทานที่สุดเท่าที่เคยมีการศึกษามา
5. กราไฟต์มีความแวววาวแบบโลหะและมีเฉดสีเหล็กดำถึงเทาเหล็ก ในขณะที่กราฟีนค่อนข้างโปร่งใส

อ้างอิง

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

อัพเดตล่าสุด : 08 กรกฎาคม 2023