Πρωτογενίζον πριμερ με ζινκ γραφένης

Ηλεκτρικές και βαθμολογικές ιδιότητες

Η διάταξη των άτομων άνθρακα στο γράφεν είναι η ίδια με εκείνη του μονοατομικού στρώματος του γραφίτη που ενώνεται με sp hibrid orbitals και έχει τις εξής προπόσεις: τα άτομα άνθρακα έχουν 4 ηλεκτρονίδια αξίας, από τα οποία 3 ηλεκτρονίδια δημιουργούν sp ουσιαστική ενδεικτική σύνδεση, δηλαδή κάθε άτομο άνθρακα συνεισφέρει ένα ηλεκτρονίδιο χωρίς σύνδεση που βρίσκεται στο orbital pz, και το orbital pz του γειτονικού ατόμου είναι κάθετο στο επίπεδο για να δημιουργήσει π σύνδεση. Η νεοδμιουργημένη π σύνδεση είναι σε κατάσταση μισού γεμάτου. Η μελέτη επιβεβαίωσε ότι τα άτομα άνθρακα στο γράφεν έχουν αριθμό συντονισμού 3, η μήκος της σύνδεσης μεταξύ κάθε δύο γειτονικών ατόμων άνθρακα είναι 1,42×10 μέτρων, και ο γωνιός μεταξύ των συνδέσεων είναι 120°. Εκτός από την κυτταρική στρωματώδη δομή στην οποία οι σύνδεσεις σύνδεσης συνδέονται με άλλα άτομα άνθρακα σε έξιγωνα διαμέρισμα, τα orbitals pz που είναι κάθετα στο επίπεδο του στρώματος κάθε άτομου άνθρακα μπορούν να δημιουργήσουν μεγάλες π συνδέσεις (παρόμοιες με τον κύκλο του βενζόλου) που διατρέχουν ολόκληρο το στρώμα πολλών ατόμων, και έτσι να έχουν εξαιρετικές ηλεκτρικές και φωτικές ιδιότητες.

Μηχανικές Ιδιότητες

Το γράφεν είναι ένας από τους δυνατότερους υλικούς που γνωρίζουμε, αλλά είναι επίσης πολύ χαλαρωτικό και μπορεί να κάνει καμπύλες. Το γράφεν έχει θεωρητική μονάδα Young's modulus 1,0TPa και φυσιολογική συμπεριφορά έντονων 130GPa. Το μειωμένο γράφεν που τροποποιείται με υδρογόνο πλάσμα έχει επίσης πολύ καλή δύναμη, με μέσο όρο μονάδας 0,25TPa μεγαλύτερη. Το γραφίτι χαρτί που αποτελείται από φύλλα γράφεν έχει πολλά τρύπα, οπότε το γραφίτι χαρτί είναι πολύ ξερό. Ωστόσο, το εξωθυμένο λειτουργικό γράφεν φτιάχνεται σε γραφίτι χαρτί από το λειτουργικό γράφεν, το οποίο είναι εξαιρετικά δυνατό και δυνατό.

Ηλεκτρονικές Επιπτώσεις

Η φορτιωμένη κινητικότητα του γράφεν σε διαμέσου θερμοκρασία είναι περίπου 15.000 cm/(V·s), που είναι πάνω από δέκα φορές μεγαλύτερη από εκείνη των υλικών σιλίκιου και πάνω από δύο φορές μεγαλύτερη από εκείνη του ίνδιου αντιμονίου (InSb), του υλικού με τη μεγαλύτερη γνωστή φορτιωμένη κινητικότητα. Σε συγκεκριμένες συνθήκες, όπως χαμηλές θερμοκρασίες, η φορτιωμένη κινητικότητα του γράφεν μπορεί να φτάσει ακόμη και στα 250.000 cm/(V·s). Αντίθετα με πολλά υλικά, η ηλεκτρική κινητικότητα του γράφεν επηρεάζεται λιγότερο από τις αλλαγές θερμοκρασίας, και σε οποιαδήποτε θερμοκρασία μεταξύ 50 και 500K, η ηλεκτρική κινητικότητα μιας μοναδιαίας στρώσης γράφεν είναι περίπου 15.000 cm/(V·s).

θερμικές ιδιότητες

Το γράφεν έχει πολύ καλές ιδιότητες διαγωγής θερμότητας. Καθαρό, χωρίς ελλείψεις μονοστρώτυλο γράφεν έχει την υψηλότερη θερμική διαγωγικότητα από κάθε άλλο υλικό βασισμένο στον άνθρακα, με θερμική διαγωγικότητα μέχρι και 5300W/mK, υψηλότερη από ενιαίους τύβους άνθρακα (3500W/mK) και πολυστρώτυλους τύβους άνθρακα (3000W/mK). Όταν χρησιμοποιείται ως μεταφορέας, η θερμική διαγωγικότητα μπορεί επίσης να φτάσει τα 600W/mK. Επιπλέον, η βαλλιστική θερμική διαγωγικότητα του γράφεν μπορεί να μειωθεί κάτω από το χαμηλότερο όριο της βαλλιστικής θερμικής διαγωγικότητας των τύβων άνθρακα ανά περιφέρεια και μήκος.

Οπτικές ιδιότητες

Το γράφεν έχει πολύ καλές βαθμωτικές ιδιότητες, με ρυθμό απορρόφησης περίπου 2,3% σε ευρύ φάσμα μήκους κύματος και φαίνεται σχεδόν διαφανές. Στο διάστημα επιπέδου πολλών στρωμάτων γράφεν, ο ρυθμός απορρόφησης αυξάνεται κατά 2,3% για κάθε πρόσθετο επίπεδο. Τα ευρεία επιφάνεια ταινιών γράφεν έχουν επίσης άψογες βαθμωτικές ιδιότητες, και οι βαθμωτικές ιδιότητες τους αλλάζουν με την αλλαγή του πάχους του γράφεν. Αυτή είναι μια ασυνήθιστη χαμηλή-ενέργειας ηlektronιkή δομή για ένα στρώμα γράφεν. Όταν εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού σε διπλό πύλη γράφεν διπλού στρώματος πεδίου-αποτελεσματικού τρανζιστόρ, ο χωριστικός χάραξης του γράφεν μπορεί να ρυθμιστεί μεταξύ 0 και 0,25eV σε θερμοκρασία δωματίου. Όταν εφαρμόζεται μαγνητικό πεδίο, η βαθμωτική απάντηση των ταινιών γράφεν μπορεί να ρυθμιστεί στο τεραερτίων φάσμα.

Λύσιμη

Παρουσιάζει καλή διαλυσιμότητα σε ανελκτικά διαλύματα και είναι υπερβολικά υδροφοβικό και υπερβολικά λιποφιλικό.

Σημείο τήξης

Οι επιστήμονες είπαν σε μια μελέτη του 2015 ότι ήταν περίπου 4.125K, και υπάρχουν άλλες μελέτες που υποδεικνύουν ότι η σημείωση αποτήξεως μπορεί να είναι περίπου 5.000 K.

Άλλες Ιδιότητες

Μπορεί να απορροφά και να αποθέτει διάφορα άτομα και μόρια.

Υποστρώματα

Graphene oxide

Ένα στρωματοποιημένο υλικό που προέρχεται από την εποξιδική γραφίτη. Μετά τη μεταχείριση της φάσης bulk της γραφίτης με συγκεντρωμένη οξυκρούσταλλινη οξική λύση, το στρώμα γραφηνίου εποξιδεύεται σε υδρόφιλο εποξιδικό γραφηνίο, και η διάσταση της γραφιτικής στρώσης αυξάνεται από 3,35A πριν από την εποξίδωση σε 7~10A. Η χωρισμένη δομή εποξιδικού γραφηνίου εύκολα σχηματίζεται με τη θέρμανση ή την υπεράλειο αποσύρση σε νερό. Τα αποτελέσματα χαρακτηρισμού όπως XPS, πρωτοβλητική (IR), κατάστασης πυρήνων μαγνητικής ταλάντωσης (NMR) και άλλα δείχνουν ότι τα εποξιδικά γραφηνία περιέχουν μεγάλο αριθμό οξυγόνο-περιεχόμενων συνδυασμάτων, συμπεριλαμβανομένων των οξυγόνων, εποξιδικών συνδυασμάτων, καρβονυλίων και καρβοξυλικών ομάδων και άλλων. Οι ομάδες οξυγόνων και εποξιδικά συνδυασμάτα είναι κυρίως τοποθετημένες στην βάση της επιφάνειας της γραφίτης, ενώ οι καρβονυλικές και καρβοξυλικές ομάδες είναι τοποθετημένες στα άκρα του γραφηνίου.

Graphiane

Λαμβάνεται από την αντίδραση γραφένης με αερίων υδρογόνου, είναι ένα συμπλήρωμα υδρογονικό με μοριακή τύπο (CH)n, όπου όλο το άνθρακα είναι sp hybrid και δημιουργεί ένα εξαγωνικό δίκτυο δομής, υδρογόνοι προσχετούνται στο άνθρακα σε εναλλασσόμενες μορφές από και τις δύο άκρες της επιφάνειας γραφένης, και το graphiane παρουσιάζει ιδιότητες ημιαγωγού με άμεσο ζώνης χάρακα.

Γραφένη με δοπισμό νιτρογόνου ή άνθρακα νιτριδίου

Μετά την προσαρμογή των ατόμων νιτρογόνου στο δίκτυο της γραφένης για να γίνει γραφένη με δοπισμό νιτρογόνου, η αποτυπωμένη γραφένη με δοπισμό νιτρογόνου παρουσιάζει καλύτερες ιδιότητες από την καθαρή γραφένη, σε μορφή διαταραγμένου, διαφανούς, συμπλεγμένου χαλιού, μερικά φύλλα είναι στοιβαγμένα ένα πάνω στο άλλο δημιουργώντας μια πολυστρώτιδα δομή, εμφανώντας υψηλή συγκεκριμένη χωρητικότητα και καλή κυκλική ζωή.

Βιοσυμβατότητα

Η εισαγωγή καρβοξυλικών ιόντων μπορεί να επιτρέψει στην επιφάνεια υλικών γραφένης να έχει ενεργές λειτουργικές ομάδες, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την κυτταρική και βιολογική αντιδραστικότητα του υλικού. Σε σύγκριση με την τροχαλιακή μορφή των καρβονικών νανοτροχαλιών, το γράφεν είναι πιο κατάλληλο για την έρευνα βιομετρικών υλικών. Και σε σύγκριση με τις καρβονικές νανοτροχαλιές, τα άκρα του γραφέν είναι μεγαλύτερα, εύκολα να δοπαριστούν και να χημικά τροποποιηθούν, καθώς και να αποδεχτούν λειτουργικές ομάδες.

οξειδωσιμότητα

Αντιδρά με ενεργά μέταλλα.

Αναπαλλαγματικότητα

Μπορεί να οξειδωθεί στον αέρα ή από οξειδωτικές ξύδιμες οξές, με τον τρόπο που το γράφεν μπορεί να κοπεί σε μικρά κομμάτια. Το οξειδωμένο γράφεν είναι ένα στρωματωδές υλικό που αποκτάται με την οξειδωση του γραφίτη. Είναι εύκολο να δημιουργηθούν χωριστά στρώματα οξειδωμένου γραφέν με την επιθερμανση ή την υπερηχική αποστροφή στο νερό.

Πρόσθεση αντιδράσεων

Χρησιμοποιώντας τα διπλά δεσμά στο γράφεν, οι επιθυμητές ομάδες μπορούν να προστεθούν μέσω αντιδράσεων πρόσθεσης.

Σταθερότητα

Η δομή του γραφένιου είναι πολύ σταθερή, με άνθρακα-άνθρακα δεσμό μόνο 1,42. Οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων άνθρακα μέσα στο γραφένιο είναι ευέλικτοι και όταν εφαρμόζεται εξωτερική δύναμη στο γραφένιο, τα άτομα άνθρακα κάνουν κάμπση και μεταμόρφωση, έτσι ώστε τα άτομα άνθρακα να μην χρειάζεται να αναδιατάξουν για να προσαρμοστούν στην εξωτερική δύναμη, πράγμα που διατηρεί τη δομή σταθερή. Αυτή η σταθερή κατασκευαστική δομή δίνει στο γραφένιο εξαιρετική θερμική διαχείριση. Επιπλέον, οι ηλεκτρόνες στο γραφένιο δεν διασπορίζουν όπως κινούνται μέσω των τροχιών τους λόγω θερμικών πορών ή εισαγωγής ξένων ατόμων. Επειδή οι μεταξύ ατόμων δυνάμεις είναι τόσο ισχυρές, στην θερμοκρασία διαμονής, ακόμη και όταν συγκρούονται οι περιβάλλοντες άνθρακα άτομα, οι ηλεκτρόνες μέσα στο γραφένιο αναμείβονται πολύ λιγάκι.