プライマー غني بالزنك الجرافيني

الخصائص الكهربائية والبصريّة

ترتيب الذرات الكربونية في الجرافين هو نفسه ترتيب الطبقة الذرية الواحدة للجرافيت لتكوين روابط باستخدام المدار الهجيني sp، ولديه الخصائص التالية: الذرات الكربونية تحتوي على 4 إلكترونات قيمية، منها 3 إلكترونات تولد رابطة sp، أي أن كل ذرة كربون تساهم بإلكترون غير مرتبط يقع في المدار pz، والمدار pz للذرة المجاورة يكون عموديًا على المستوى لتكوين رابطة π. الرابطة π الناتجة تكون في حالة نصف مليئة. أكدت الدراسات أن الذرات الكربونية في الجرافين لديها عدد تناسقي يساوي 3، طول الرابطة بين كل ذرتين كربونيتين متجاورتين هو 1.42×10 أمتار، والزاوية بين الروابط هي 120°. بالإضافة إلى البنية الطبقية الخلوية حيث يتم ربط الروابط σ بذرات الكربون الأخرى لتشكيل حلقات سداسية، يمكن للمدارات pz العمودية على مستوى الطبقة لكل ذرة كربون تكوين روابط π كبيرة تغطي طبقة متعددة الذرات بالكامل (مشابهة لحلقة البنزين)، وبالتالي لها خواص كهربائية وضوئية ممتازة.

الخصائص الميكانيكية

الجرافين هو أحد أقوى المواد المعروفة، ولكنه أيضًا مرن للغاية ويمكن أن ينحني. الجرافين لديه معامل يونغ النظري قدره 1.0 تيرا باسكال وقوة شد ذاتية قدرها 130 جيجا باسكال. الجرافين المعدل بالبلازما الهيدروجينية يمتلك أيضًا قوة جيدة جدًا، بمعادلة متوسطة أكبر قدرها 0.25 تيرا باسكال. الورق الرصاصي المكون من طبقات الجرافين يحتوي على العديد من الثقوب، لذلك يكون الورق الرصاصي هشًا جدًا. ومع ذلك، فإن الجرافين الوظيفي المؤكسد يتم تصنيعه إلى ورق رصاصي من الجرافين الوظيفي، وهو قوي جدًا وقوي.

التاثيرات الإلكترونية

الحركة الناقلة لجرافين عند درجة حرارة الغرفة هي حوالي 15,000 سم²/(فولت·ثانية)، وهي أكثر من عشر مرات تلك الخاصة بالمواد السيليكونية وأكثر من ضعفين تلك الخاصة بمادة الإنديوم أنطيمونيد (InSb)، المادة ذات أعلى حركة ناقلة معروفة. تحت ظروف معينة مثل درجات الحرارة المنخفضة، يمكن أن تكون الحركة الناقلة للجرافين مرتفعة حتى تصل إلى 250,000 سم²/(فولت·ثانية). على عكس العديد من المواد، فإن حركة الإلكترونات في الجرافين تتأثر بشكل أقل بالتغيرات في درجة الحرارة، وعند أي درجة حرارة بين 50 و500 كلفن، تكون حركة الإلكترونات في طبقة واحدة من الجرافين حوالي 15,000 سم²/(فولت·ثانية).

الخصائص الحرارية

يتمتع الجرافين بخصائص توصيل حراري ممتازة. الجرافين أحادي الطبقة النقي وخالي من العيوب لديه أعلى قدرة توصيل حراري بين جميع المواد الكربونية، حيث يمكن أن يصل التوصيل الحراري إلى 5300 واط/متر·كيلفن، وهو أعلى من أنابيب الكربون النانوية ذات الجدار الواحد (3500 واط/متر·كيلفن) وأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران (3000 واط/متر·كيلفن). عند استخدامه كحامل، يمكن أن يصل التوصيل الحراري إلى 600 واط/متر·كيلفن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجرافين أن يقلل من الحد الأدنى للتوصيل الحراري الكرة لأنابيب الكربون النانوية لكل وحدة محيط وطول.

الخصائص البصرية

يتمتع الجرافين بخصائص ضوئية ممتازة، حيث يكون معدل الامتصاص حوالي 2.3% على نطاق واسع من الطول الموجي، ويبدو شبه شفاف. وعلى مدى سماكة تصل إلى عدة طبقات من الجرافين، يزداد معدل الامتصاص بنسبة 2.3% مع كل طبقة إضافية من السماكة. الأغشية الكبيرة من الجرافين لديها أيضًا خصائص ضوئية ممتازة، وتتغير خصائصها الضوئية مع تغير سمك الجرافين. هذا هو الهيكل الإلكتروني غير العادي منخفض الطاقة لطبقة واحدة من الجرافين. عند تطبيق جهد على مترانزستور ثنائي البوابة من طبقتين من الجرافين عند درجة حرارة الغرفة، يمكن تعديل فجوة الباند للجرافين بين 0 و 0.25إيف. عند تطبيق حقل مغناطيسي، يمكن ضبط الاستجابة الضوئية للشرائح النانوية من الجرافين لتصل إلى النطاق التerahertz.

الذوبانية

يظهر قابلية محلولة جيدة في المذيبات غير القطبية وهو فائق الهيدروفربيك (كراهية للماء) وفائق الليبوفيليك (محبة للدهون).

نقطة الانصهار

قال العلماء في دراسة عام 2015 إنه كان حوالي 4,125K، وهناك دراسات أخرى تشير إلى أن نقطة الانصهار قد تكون حوالي 5,000 K

خصائص أخرى

يمكنها امتصاص وإطلاق مختلف الذرات والجزيئات.

مركبات

أكسيد الجرافين

مادة متعددة الطبقات تُحصل من أكسيد الرصاص. بعد معالجة الرصاص بالمحلول الحمضي المركز المدخن، يتم أكسدة الطبقة الرسوبية إلى أكسيد رسوب هيدروفيلى، مما يزيد فاصل طبقات الرصاص من 3.35A قبل الأكسدة إلى 7-10A. يمكن تكوين هيكل أكسيد الرسوب المنفصل بسهولة عن طريق التسخين أو تقشير بالموجات فوق الصوتية في الماء. تظهر نتائج التصوير مثل الطيف الضوئي لأشعة إكس (XPS)، والطيف تحت الأحمر (IR)، وطيف الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة (NMR) أن أكاسيد الرسوب تحتوي على عدد كبير من المجموعات الوظيفية التي تحتوي على الأكسجين، بما في ذلك مجموعات الهيدروكسيل، والإيبوكسيد، والكربونيل، والكاربوكسيل وغيرها. توجد مجموعات الهيدروكسيل والإيبوكسيد بشكل أساسي على سطح قاعدة الرصاص، بينما توجد مجموعات الكربونيل والكاربوكسيل على حافة الرسوب.

Graphiane

يتم الحصول عليه عن طريق تفاعل الجرافين مع غاز الهيدروجين، وهو هيدروكربون مشبع بالصيغة الجزيئية (CH)n، حيث يكون كل الكربون مهجوسًا من النوع sp ويشكل بنية شبكة سداسية، الذرات الهيدروجينية مرتبطة بالكربون في أشكال بديلة من كلا طرفي مستوى الجرافين، ويظهر الجرافيان خواص نصف موصلة مع فجوة طاقة مباشرة.

الجرافين المخلوط بالنتروجين أو النيتريد الكربوني

بعد إدخال ذرات النيتروجين إلى شبكية الجرافين لتصبح جرافين مخلوط بالنتروجين، فإن النتيجة تكون أن الجرافين المخلوط بالنتروجين يظهر خواص أكثر تميزًا من الجرافين النقي، على شكل قماش شفاف غير منظم ومطوي، حيث تتكدس بعض الأوراق فوق بعضها لتكوين بنية متعددة الطبقات، مما يظهر سعة محددة عالية وعمر دورة جيد.

التوافق الحيوي

يمكن أن تمكن عملية زراعة أيونات الكاربوكسيل السطح المادي للجرافين من الحصول على مجموعات وظيفية نشطة، مما يحسن بشكل كبير التفاعل الخلوي والبيولوجي للمادة. بالمقارنة مع شكل الأنابيب ل nanotubes الكربونية، الجرافين أكثر ملاءمة لأبحاث المواد البيولوجية. وبالمقارنة مع nanotubes الكربونية، أطراف الجرافين أطول، وأسهل في التعديل الكيميائي والتقبل لمجموعات وظيفية.

قابلية الأكسدة

تتفاعل مع المعادن النشطة.

قابلية التقليل

يمكن أن تتأكسد في الهواء أو بواسطة الأحماض المؤكسدة، وبذلك يمكن قص الجرافين إلى قطع صغيرة. مركب أكسيد الجرافين هو مادة متعددة الطبقات تحصل عن طريق أكسدة الرسوبتوغرافيت. من السهل تكوين هيكل طبقات أكسيد الجرافين المنفصلة عن طريق التسخين أو تقشير بالموجات فوق الصوتية في الماء.

التفاعل الإضافي

باستخدام الروابط الثنائية الموجودة في الجرافين، يمكن إضافة المجموعات المرغوبة من خلال التفاعلات الإضافية.

الاستقرار

هيكل الجرافين مستقر جدًا، حيث يبلغ طول رابطة الكربون-الكربون فيه 1.42 فقط. الروابط بين ذرات الكربون داخل الجرافين مرنة، وعندما يتم تطبيق قوة خارجية على الجرافين، تنحني وتتشوه ذرات الكربون دون الحاجة لإعادة ترتيب الذرات لتكيفها مع القوة الخارجية، مما يحافظ على استقرار الهيكل. هذا الهيكل الشبكي المستقر يمنح الجرافين توصيل حراري ممتاز. بالإضافة إلى ذلك، لا تتبعثر الإلكترونات في الجرافين أثناء تحركها عبر مداراتها بسبب عيوب في الشبكة أو إدخال ذرات غريبة. نظرًا لأن القوى بين الذرات قوية للغاية، فإن درجة الحرارة المحيطة، حتى عند اصطدام الذرات الكربونية المحيطة، لا تؤثر بشكل كبير على الإلكترونات داخل الجرافين.