Các nguyên tử carbon tạo nên than chì và graphene, cả hai đều là vật liệu dựa trên carbon. Graphene chỉ là một lớp nguyên tử của than chì – một mạng lục giác hoặc mạng tổ ong gồm các nguyên tử carbon liên kết sp2.
Than chì là một vật liệu phổ biến được tạo thành từ nhiều lớp graphene. Graphene và graphite có các đặc tính cấu trúc và quy trình sản xuất hơi khác nhau.
Các nội dung chính
- Than chì là một thù hình carbon xuất hiện tự nhiên với cấu trúc tinh thể, được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như bút chì và chất bôi trơn.
- Graphene là một lớp đơn gồm các nguyên tử carbon được sắp xếp trong một mạng lục giác, được biết đến với độ bền và độ dẫn điện phi thường.
- Than chì là một vật liệu khối với các lớp graphene, trong khi graphene là một lớp đơn, biệt lập với các đặc tính vượt trội.
Than chì so với Graphene
Ví dụ, than chì là một vật liệu mềm, dễ bong được sử dụng trong bút chì và chất bôi trơn, ngoài ra còn là một dạng carbon. Graphene, đó là một lớp than chì, là một chất dẫn nhiệt và điện tuyệt vời, và các đặc tính của nó làm cho nó trở thành một vật liệu đầy hứa hẹn cho các ứng dụng công nghệ.
Than chì là một khoáng chất được tạo thành từ nhiều lớp nguyên tử carbon đơn mặt phẳng xuất hiện tự nhiên. Nó có thể được tìm thấy trong đá biến chất một cách tự nhiên.
Biến chất dẫn đến giảm các hợp chất carbon trầm tích, dẫn đến sự hình thành than chì. Các liên kết hóa học trong than chì có thể so sánh với các liên kết được tìm thấy trong kim cương về độ bền.
Graphene là một chất carbon hai chiều được sử dụng rộng rãi. Vật liệu mỏng nhất mà con người biết đến là graphene. Các nguyên tử carbon được liên kết chắc chắn trong một mạng lưới tổ ong lục giác trong một lớp graphene.
Ở quy mô cực nhỏ, graphene thể hiện độ bền kéo rất lớn. Bởi vì mỗi nguyên tử carbon có một pi-electron tự do, graphene có chất lượng dẫn điện vượt trội.
Bảng so sánh
| Các thông số so sánh | than chì | Graphene |
|---|---|---|
| bề dầy | Nó dày hơn vì nó bao gồm nhiều lớp carbon. | Một lớp và do đó mỏng hơn. |
| Liên kết hóa học | Mỗi nguyên tử được liên kết bởi ba liên kết cộng hóa trị và có một electron tự do. | Mỗi nguyên tử được liên kết bởi ba liên kết sigma và một liên kết pi duy nhất được định hướng ra mặt phẳng. |
| Structure | Ba chiều | Hai chiều |
| Sức mạnh | Giòn | Vật liệu mạnh nhất bao giờ hết. |
| Xuất hiện | Bề ngoài có màu đen sắt đến xám thép và có độ bóng. | hơi minh bạch. |
Là gì than chì?
Than chì là một nguyên tố tự nhiên hình thành khi chất hữu cơ trong trầm tích đá vôi trải qua quá trình biến chất.
Than chì tự nhiên là một khoáng chất có thể được tìm thấy trong đá biến chất và đá lửa và được sử dụng trong vật liệu chịu lửa, pin, sản xuất thép, than chì trương nở, lót phanh, bề mặt đúc và chất bôi trơn, trong số những thứ khác.
Edward G. Acheson đã vô tình tạo ra than chì khi tiến hành các nghiên cứu về carborundum ở nhiệt độ cao. Ông phát hiện ra rằng silicon trong carborundum bay hơi ở nhiệt độ khoảng 4,150°C (7,500°F), để lại carbon ở dạng graphit.
Lõi của bút chì được làm bằng than chì, là một vật liệu mềm, màu đen với các lớp có thể trượt lên nhau.
Than chì được trộn với đất sét và nước để làm nắp bút chì. Ngòi bút chì càng trở nên cứng hơn khi chúng thêm nhiều đất sét.
Than chì dạng bột được sử dụng để bôi trơn các bộ phận của thiết bị chuyển động nhanh vì độ mềm của nó. Cấu trúc lớp của than chì được tạo thành từ các vòng gồm sáu nguyên tử carbon được tổ chức thành các tấm nằm ngang được phân tách rộng rãi.
Kết quả là, than chì kết tinh theo hệ lục giác, trái ngược với kim cương, kết tinh trong hệ bát diện hoặc tứ diện.
Than chì có màu từ xám đậm đến đen, mờ đục và cực kỳ mềm. Từ than chì xuất phát từ động từ graphene trong tiếng Hy Lạp, có nghĩa là “viết” vì nó có kết cấu nhờn và tạo ra vết đen.
Graphene là gì?
Một lớp nguyên tử carbon liên kết sp2 trong mạng lục giác được gọi là graphene một lớp. Graphene mỏng hơn giấy một triệu lần và nó mỏng đến mức chỉ là vật liệu hai chiều.
Graphene rất linh hoạt và trong suốt, ngoài ra còn có các đặc tính điện quan trọng. Kết quả là, nó là một ứng cử viên sáng giá cho thiết bị điện tử cầm tay.
Graphene có thể làm cho điện thoại thông minh và máy tính bảng bền hơn rất nhiều và thậm chí cho phép chúng được gấp lại như tờ giấy. Trong một tấm graphene, mỗi nguyên tử carbon được liên kết chắc chắn với ba nguyên tử khác ở các góc tương tự nhau, tạo nên một cấu trúc phẳng giống như tổ ong.
Những kết nối mạnh mẽ này mang lại cho cấu trúc khả năng phục hồi to lớn, tương tự như kim cương, là tinh thể carbon ba chiều trong đó mọi nguyên tử được liên kết với bốn nguyên tử lân cận.
Hình dạng lục giác của graphene đóng vai trò là nền tảng cho fullerene, là những cấu trúc phân tử rỗng được tạo thành từ 60 phân tử carbon trở lên, tương tự như những quả cầu carbon xinh xắn được gọi là “quả cầu bucky”.
Lưới kích thước nano của các cấu trúc này linh hoạt đến mức chúng có thể được gấp lại thành các hình trụ rỗng, khiến chúng trở thành vật chứa phân tử phù hợp.
Mỗi nguyên tử trong tấm graphene cung cấp một electron tự do cho phân tử, vì nguyên tố carbon có bốn electron có thể tiếp cận được để liên kết.
Điện tích âm nhàn rỗi của vật liệu góp phần tạo nên khả năng dẫn điện và siêu dẫn đặc biệt của nó, khiến nó trở nên lý tưởng cho các thiết bị điện tử tinh vi.
Sự khác biệt chính giữa Graphite và Graphene
- Tấm than chì có độ dày lớn hơn tấm graphene, được tạo thành từ các lớp nguyên tử carbon phẳng giống như tổ ong. Graphene là lớp duy nhất được hình thành khi một tấm than chì được xé thành một lớp duy nhất với độ dày chỉ bằng một nguyên tử carbon.
- Than chì chứa ba liên kết cộng hóa trị xung quanh mỗi nguyên tử carbon và một electron tự do, trong khi graphene có bốn liên kết, bao gồm ba liên kết sigma xung quanh mỗi nguyên tử carbon và một liên kết pi hướng ra khỏi mặt phẳng.
- Than chì có cấu trúc vi mô ba chiều được tạo thành từ các lớp phân tử than chì xếp chồng lên nhau như những trang giấy. Graphene là một chất hai chiều được tạo thành từ một tấm đơn phân tử than chì có độ dày chưa đến một nanomet.
- Than chì giòn trong khi graphene là chất bền nhất từng được nghiên cứu.
- Than chì có ánh kim loại và có màu từ đen sắt đến xám thép, trong khi graphene khá trong suốt.
Tài liệu tham khảo
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051
Tôi đã nỗ lực rất nhiều để viết bài đăng trên blog này nhằm cung cấp giá trị cho bạn. Nó sẽ rất hữu ích cho tôi, nếu bạn cân nhắc chia sẻ nó trên mạng xã hội hoặc với bạn bè/gia đình của bạn. CHIA SẺ LÀ ♥️
