lovesouthernsocial.com

Graphene là một vật liệu có một số đặc tính có khả năng cách mạng hóa công nghệ

Hình ảnh OpenClipart-Vectors trong Pixabay

Graphene là một vật liệu bao gồm một lớp hai chiều của các nguyên tử carbon được sắp xếp theo cấu trúc hình lục giác, có chiều cao tương đương với chiều cao của nguyên tử. Vật liệu này có thể được sản xuất bằng cách chiết xuất các lớp bề mặt của than chì, một loại khoáng chất dồi dào trên Trái đất và là một trong những dạng thù hình phổ biến nhất của cacbon.

Các liên kết hóa học và độ dày của graphene chịu trách nhiệm cho một số đặc tính quan trọng của nguyên tố này, chẳng hạn như độ bền cơ học và độ dẫn nhiệt và điện. Những tính năng này đã thu hút các nhà khoa học và ngành công nghệ do khả năng sử dụng vô hạn của chúng.

Sự phát hiện ra graphene

Graphene ổn định, hai chiều được các nhà vật lý người Nga Andre Geim và Konstantin Novoselov tình cờ phát hiện vào năm 2004. Khám phá này đã mang về cho các nhà nghiên cứu giải Nobel Vật lý năm 2010. Tuy nhiên, sự tồn tại của dạng thù hình carbon này đã được biết đến từ năm 1930.

Thuộc tính Graphene

Graphene có nhiều đặc tính khiến nó trở thành vật liệu có một số ứng dụng công nghệ. Biết các tính chất chính của allotrope này.

Tính chất cơ học

Graphene là vật liệu mạnh nhất từng được biết đến. Sức đề kháng này bắt nguồn từ các liên kết bền vững được hình thành giữa các nguyên tử cacbon của nó. Vật liệu được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng, chẳng hạn như thép, chỉ chịu được một phần ba áp suất này.

Một tính chất thú vị khác của graphene là mô đun Young cao của nó, cho thấy rằng, ngoài khả năng chịu lực, vật liệu này còn rất đàn hồi. Do đó, nó có thể trở lại kích thước ban đầu tương đối dễ dàng.

Các khu vực nhỏ của mỗi hình lục giác cacbon là nguyên nhân tạo ra tính không thấm cao của graphene, có thể được sử dụng như một mạng lưới nhỏ có khả năng giữ các khí dễ rò rỉ từ các bình chứa của chúng, chẳng hạn như khí hydro. Ngoài khả năng chịu lực cực cao, graphene còn rất nhẹ: mật độ của nó là 0,77 g / m², hay nói cách khác, nhẹ hơn một nghìn lần so với một tờ giấy.

tính chất điện

Các electron có thể truyền qua graphene gần như tự do mà không bị lệch hướng hoặc va chạm. Do cấu trúc lục giác của các liên kết cacbon, các electron di chuyển bên trong các lớp mỏng này với tốc độ tương đối tính, tức là gần với tốc độ ánh sáng.

Ở nhiệt độ phòng, điện trở suất của graphene là thấp nhất. Như vậy, nguyên tố này có thể được coi là kim loại dẫn điện tốt nhất.

tính chất quang học

Bằng cách cho phép 97,5% ánh sáng tới truyền qua, graphene không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Hành vi quang học này phát sinh từ các đặc tính tương đối tính của các electron trong graphene. Điều này ngụ ý rằng, bằng cách xếp chồng lên nhau nhiều tấm graphene, có thể tạo ra một vật thể màu đen hoàn hảo, có khả năng hấp thụ gần như toàn bộ sự cố bức xạ lên nó.

tính chất nhiệt

Do tính chất điện của nó, graphene là một chất dẫn nhiệt tuyệt vời. Vật liệu này có khả năng tản nhiệt nhanh hơn bất kỳ vật liệu nào được biết đến. Hơn nữa, một số nghiên cứu cho rằng nhiệt độ nóng chảy của nó là 3851 ° C.

Do đó, các tính chất và đặc điểm chính của graphene là:

• Nó cực kỳ mỏng: nó là độ dày của một nguyên tử;
• Nó có khả năng chống chịu cao: bền hơn thép khoảng 200 lần;
• Nó linh hoạt;
• Nó không thấm nước;
• Nó trong suốt: truyền khoảng 97,5% tia sáng;
• Nó có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao: nó dẫn năng lượng điện nhanh hơn 100 lần so với đồng. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tốc độ các electron di chuyển qua graphene là 1000 km / s (nhanh hơn silicon 60 lần);
• Nó có độ cứng cao
• Nó có ít hiệu ứng Joule hơn: nó mất ít năng lượng hơn dưới dạng nhiệt khi dẫn điện tử.

Ứng dụng Graphene

Do tính chất và đặc điểm của nó, graphene là một trong những vật liệu hứa hẹn nhất được biết đến. Các ứng dụng công nghệ của nó là rất lớn, nhưng bị hạn chế bởi khả năng sản xuất vật liệu này trên quy mô lớn. Các thiết bị như màn hình LED gập, tế bào quang điện, bóng bán dẫn hiệu quả hơn, siêu tụ điện, tản nhiệt và siêu pin điện thoại là một số ví dụ về công nghệ được phát triển bằng cách sử dụng graphene.

Ngoài ra, graphene có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu khác, chẳng hạn như:

Nước sạch

Các màng được tạo thành từ Graphene có thể khử muối và làm sạch nước biển

Lượng khí thải CO2

Bộ lọc Graphene có khả năng giảm lượng khí thải CO2 bằng cách tách các loại khí được tạo ra bởi các ngành công nghiệp và doanh nghiệp

phát hiện bệnh

Các cảm biến y sinh nhanh hơn nhiều dựa trên graphene và có thể phát hiện bệnh, vi rút và các chất độc khác.

Sự thi công

Vật liệu xây dựng như bê tông và nhôm trở nên nhẹ hơn và chắc hơn với việc bổ sung graphene

Tính thẩm mỹ

Màu tóc bằng cách phun graphene kéo dài đến 30 lần gội

Thiết bị vi mô

Các chip nhỏ hơn và mạnh hơn do thay thế silicon bằng graphene

Năng lượng

Pin mặt trời có tính linh hoạt tốt hơn, minh bạch hơn và chi phí sản xuất thấp hơn với việc sử dụng graphene

Thiết bị điện tử

Pin có khả năng lưu trữ năng lượng tốt hơn và nhanh hơn

Tính di động

Xe đạp có thể có lốp và khung cứng hơn nặng 350 gram bằng cách sử dụng graphene

Trong số các nghiên cứu liên quan đến graphene, nổi bật là những nghiên cứu liên quan đến sự phát triển của cáp truyền dữ liệu mới cho Internet. Theo khảo sát do tạp chí Giao tiếp thiên nhiên, ý tưởng là tận dụng tất cả tốc độ đạt được của các electron trong graphene - các tế bào di chuyển trong đó nhanh hơn hàng trăm lần so với các loại cáp hiện đang được sử dụng.

Tầm quan trọng của graphene đối với Brazil

Brazil là một phần của cuộc chạy đua công nghệ nhằm tìm kiếm các phương pháp sản xuất graphene rẻ hơn và hiệu quả hơn. Theo báo cáo của Cục Sản xuất Khoáng sản Quốc gia (DNPM), thị trường graphene nên là một trong những thị trường có lợi nhuận cao nhất trên thế giới, với tiềm năng lên tới 1 nghìn tỷ đô la trong 10 năm. Ngoài ra, Brazil có trữ lượng graphene lớn nhất thế giới.

Giá Graphene

Do phương tiện thu nhận phức tạp, giá graphene vẫn còn cao. Các kỹ thuật hiện tại nhất cho phép sản xuất các lớp mỏng và tinh khiết của vật liệu này hoạt động với sự lắng đọng hơi trên các chất nền kim loại, chẳng hạn như các tấm đồng.

Hiện tại, một tấm graphene 2,08 cm x 1,54 cm có thể có giá lên tới 275 đô la: trung bình là 21 đô la cho mỗi inch vuông. Tuy nhiên, các yếu tố như tạp chất và không đối xứng có thể làm giảm đáng kể mức giá này. Graphene cũng có thể được sản xuất từ ​​graphite: với 1 kg graphite, có giá khoảng 1 đô la, có thể sản xuất 150 g graphene, có giá trị vượt quá 15 nghìn đô la.

Sự tò mò về graphene

• Dự án Graphene Flagship, từ Liên minh Châu Âu, dành khoảng 1,3 tỷ euro cho các nghiên cứu liên quan đến graphene, các ứng dụng và phát triển sản xuất ở quy mô công nghiệp. Tổng cộng, 150 tổ chức từ 23 quốc gia tham gia vào dự án này.
• Chiếc vali đầu tiên được phát triển để du hành vũ trụ có graphene trong thành phần của nó. Vụ phóng của nó được lên kế hoạch vào năm 2033, khi NASA có kế hoạch thực hiện các chuyến thám hiểm tới sao Hỏa.
• Borophene là đối thủ cạnh tranh mới của graphene. Vật liệu này, được phát hiện vào năm 2015, được coi là một phiên bản cải tiến của graphene, thậm chí còn mềm dẻo hơn, chịu được và dẫn điện.