그래핀과 그래파이트의 차이점은 무엇입니까?

주목할 만한 화학 원소인 탄소는 화학 원소 주기율표의 두 번째 주기의 14족에서 편리하게 6번째에 있는 원소입니다. 고대부터 사람들은 지금까지 발견된 이 원소의 9개 이상의 동소체 변형 중 2개인 다이아몬드와 흑연을 알고 있었습니다. 그런데, 현대 과학에 알려진 동소 변형의 수가 다른 물질에 비해 가장 많은 것은 탄소입니다.

동소체는 본질적으로 동일한 화학 원소가 두 개 이상의 단순 물질, 소위 동소체 형태 또는 동소체 변형의 형태로 존재할 가능성을 의미하며, 이는 구조와 특성 모두에서 이러한 물질의 차이를 유발합니다. 따라서 탄소에는 다이아몬드, 흑연, 론달라이트, 풀러렌(C60, C540 및 C70), 비정질 탄소 및 단일벽 나노튜브의 8가지 기본 형태가 있습니다.

이러한 형태의 탄소에는 완전히 다른 특성과 특성이 있습니다. 부드럽고 단단한 물질, 투명하고 불투명한 물질, 저렴하고 비싼 물질입니다. 그러나 그래파이트와 그래핀이라는 두 가지 유사한 탄소 수정을 비교해 봅시다.

우리 모두는 학창시절부터 그래피티에 익숙합니다.일반 연필의 심은 정확히 흑연입니다. 그것은 매우 부드럽고 미끄럽고 기름기가 많고 결정은 판이며 원자 층은 서로 위에 위치하므로 예를 들어 종이에 문지르면 흑연의 층상 결정 구조의 개별 박편이 쉽게 벗겨집니다. , 종이에 특징적인 어두운 흔적을 남깁니다.

흑연은 전류를 잘 전도하고 저항은 평균 11 Ohm * mm2 / m이지만 흑연의 전도도는 결정의 자연적인 이방성으로 인해 동일하지 않습니다. 따라서 결정면을 따른 전도도는 이러한 평면의 전도도보다 수백 배 더 높습니다. 흑연의 밀도는 2.08 ~ 2.23g / cm3입니다.

자연에서 흑연은 화성암과 화산암, 스카른과 페그마타이트에서 고온에서 형성됩니다. 열수 중온 다금속 퇴적물에 광물이 있는 석영 광맥에서 발생합니다. 변성암에 널리 분포한다.

따라서 1907년부터 세계 최대의 천연 편상 흑연 매장량이 마다가스카르 섬에서 개발되었습니다. 이 섬은 고도 4,000~4,600피트의 고도 표시가 있는 산악 지형의 표면으로 솟아오른 선캄브리아기 변성암으로 구성되어 있습니다. 흑연은 여기 400마일 길이의 벨트에서 발견되며 섬 중앙의 동쪽 부분에 있는 산을 지배합니다.

그래핀은 흑연과 달리 벌크 결정 구조가 없습니다. 그것은 단 하나의 원자 두께의 2차원 육각형 결정 격자를 특징으로 합니다. 이러한 동소체 변형에서 탄소는 자연적으로 전혀 발생하지 않지만 이론적으로는 인위적으로 얻을 수 있습니다. 흑연의 다층 벌크 결정 구조에서 의도적으로 분리된 평면이 바로 이 그래핀일 것이라고 말할 수 있습니다.

과학자들은 처음에는 이 형태의 물질이 불안정하기 때문에 간단한 2차원 필름 형태의 그래핀을 얻을 수 없었습니다. 그러나 실리콘 산화물 기판(유전층과의 결합으로 인해)에서는 여전히 1원자 두께의 그래핀을 얻을 수 있었습니다. 2004년 러시아 과학자 Andrey Geim과 맨체스터 대학의 Konstantin Novoselov는 이런 식으로 그래핀을 얻는다.

그리고 오늘날에도 접착 테이프(및 유사한 방법)를 사용하여 벌크 흑연 결정에서 탄소 단일층의 기계적 박리와 같은 연구용 그래핀을 얻는 간단한 방법이 정당화됩니다.

연구원들은 그들의 발전 덕분에 전계 효과 트랜지스터가 10nm 두께 미만인 새로운 종류의 그래핀 기반 나노 전자 공학이 곧 등장할 것이라고 믿습니다. 사실은 그래핀에서 전자의 이동도가 매우 높아(10,000cm2/V*s) 오늘날 기존의 실리콘에 대한 가장 유망한 대안으로 보인다.

높은 캐리어 이동도는 적용된 전기장의 효과에 매우 빠르게 반응하는 전자와 정공의 능력이며, 이는 현대 전자 장치의 기본 작동 단위인 전계 효과 트랜지스터에 매우 중요합니다.

광전지 장치 및 터치 스크린용 박막뿐만 아니라 다양한 생물학적 및 화학적 센서의 생성에 대한 전망도 있습니다. 이 모든 것에도 불구하고 그래핀의 열전도율은 구리보다 10배 이상 높으며 이 기준은 항상 전자 제품에 매우 중요합니다.