پریمر غنی با زینک گرافن

ویژگی‌های رسانشی و نوری

چینش اتم‌های کربن در گرافن با یک لایه تک‌اتمی گرافیت برای پیوند شدن با مدارهای هیبریدی sp یکسان است و ویژگی‌های زیر را دارد: اتم‌های کربن 4 الکترون ارزشمند دارند، که از آنها 3 الکترون پیوند sp ایجاد می‌کنند، به عبارت دیگر، هر اتم کربن یک الکترون غیرپیوندی را که در مدار pz قرار دارد ارائه می‌دهد و مدار pz اتم همسایه خود عمود بر صفحه قرار دارد تا پیوند π را ایجاد کند. پیوند π جدید حالت نیمه‌پر شده است. مطالعه تأیید کرد که اتم‌های کربن در گرافن عدد هماهنگی 3 دارند، طول پیوند بین هر دو اتم کربن مجاور 1.42×10 متر است و زاویه بین پیوندها 120 درجه است. علاوه بر ساختار لایه‌ای سلولی که در آن پیوندهای σ به دیگر اتم‌های کربن متصل شده و حلقه‌های شش‌ضلعی ایجاد می‌کنند، مدارهای pz هر اتم کربن که عمود بر صفحه لایه هستند می‌توانند پیوندهای π بزرگی که از طریق تمام لایه شامل چندین اتم حرکت می‌کنند (مشابه حلقه بنزن) ایجاد کنند و بنابراین ویژگی‌های برقی و نوری برجسته‌ای دارند.

خواص مکانیکی

گرافن یکی از قوی‌ترین مواد شناخته شده است، اما همچنین بسیار تراوایی و می‌تواند خمش پیدا کند. گرافن دارای مدول نظری یانگ برابر با ۱٫۰ تراپاسکال و مقاومت کششی ذاتی ۱۳۰ گیگاپاسکال است. گرافن کاهش یافته توسط پلاسما هیدروژن نیز دارای مقاومت عالی است، با مدول میانگین ۰٫۲۵ تراپاسکال بیشتر. کاغذ گرافیت تشکیل شده از لایه‌های گرافن دارای سوراخ‌های زیادی است، بنابراین کاغذ گرافیت بسیار شکننده است. اما، گرافن عملکردی اکسید شده به کاغذ گرافیت قوی و بسیار محکم تبدیل می‌شود.

اثرات الکترونیکی

جریان بار در گرافن در دمای اتاق حدود ۱۵,۰۰۰ سانتی‌متر مربع/(ولت·ثانیه) است که بیش از ده برابر مواد سیلیکونی و بیش از دو برابر آنتیموان ایندیوم (InSb)، که بالاترین جریان بار شناخته‌شده را دارد، می‌باشد. تحت شرایط خاصی مانند دماهای پایین، جریان بار گرافن حتی می‌تواند به ۲۵۰,۰۰۰ سانتی‌متر مربع/(ولت·ثانیه) برسد. برخلاف بسیاری از مواد، جابجایی الکترون در گرافن کمتر تحت تأثیر تغییرات دما قرار می‌گیرد و در هر دمایی بین ۵۰ تا ۵۰۰ کلوین، جابجایی الکترون در یک لایه گرافن حدود ۱۵,۰۰۰ سانتی‌متر مربع/(ولت·ثانیه) است.

خواص حرارتی

گرافن خواص بسیار خوب رسانش گرما دارد. گرافن تک لایه ای پاک و بدون عیب بالاترین رسانش گرمایی را در میان همه مواد کربنی دارد، با رسانش گرمایی تا 5300W/mK، که بیشتر از نانولوله‌های کربنی تک دیواره (3500W/mK) و نانولوله‌های کربنی چنددیواره (3000W/mK) است. وقتی به عنوان حامل استفاده می‌شود، رسانش گرمایی آن نیز می‌تواند به 600W/mK برسد. علاوه بر این، رسانش گرمایی بالستیک گرافن می‌تواند حد پایین رسانش گرمایی بالستیک نانولوله‌های کربنی را بر اساس محیط و طول واحد کاهش دهد.

خواص نوری

گرافن خواص نوری بسیار خوبی دارد، با نرخ جذب حدود 2.3 درصد در محدوده‌ای گسترده از طول موج، و به نظر می‌رسد تقریباً شفاف است. در محدوده ضخامت چند لایه گرافن، نرخ جذب با هر لایه ضخامت اضافی به مقدار 2.3 درصد افزایش می‌یابد. فیلم‌های گرافن در مساحت وسیع نیز خواص نوری عالی دارند و خواص نوری آنها با تغییر ضخامت گرافن تغییر می‌کند. این ساختار الکترونی کم‌انرژی غیرمعمول برای یک لایه گرافن است. وقتی ولتاژی به ترانزیستور میدانی گرافن دوگیتی در دمای اتاق اعمال می‌شود، فاصله باند گرافن قابل تنظیم بین 0 تا 0.25eV است. وقتی میدان مغناطیسی اعمال می‌شود، پاسخ نوری ریب‌های نانوی گرافن قابل تنظیم به محدوده تراهرتز است.

حلالیت

در محلول‌های غیرقطبی محلولی خوبی نشان می‌دهد و بیش از حد هیدروفروبیک و لیپوفیلیک است.

نقطه ذوب

دانشمندان در یک مطالعه سال ۲۰۱۵ گفتند که این مقدار حدود ۴٬۱۲۵K بوده و مطالعات دیگری نیز وجود دارد که نشان می‌دهد نقطه تذوب ممکن است حدود ۵٬۰۰۰ K باشد.

ویژگی‌های دیگر

می‌تواند انواع اتم‌ها و مولکول‌ها را جذب و دفع کند.

ترکیبات

اکسید گرافن

یک ماده لایه‌ای که از اکسید گرافیت به دست می‌آید. پس از اینکه فاز حجمی گرافیت با محلول غلیظ اسید دخانی درمان شود، لایه گرافن به گرافن اکسید هیدروفیل تبدیل می‌شود و فاصله بین لایه‌های گرافیت از 3.35A قبل از اکسیداسیون به 7~10A افزایش می‌یابد. ساختار لایه‌ای گرافن اکسید جدا شده به راحتی با گرم کردن یا استخراج فوق صوتی در آب تشکیل می‌شود. نتایج مشخصات XPS، طیف‌سنجی فروسرخ (IR)، طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای حالت جامد (NMR) و دیگر روش‌ها نشان می‌دهند که گرافن اکسید شامل تعداد زیادی گروه‌های تابعی حاوی اکسیژن می‌باشد، شامل گروه‌های هیدروکسیل، اپوکسی، کربونیل، کاربکسیل و غیره. گروه‌های هیدروکسیل و اپوکسی عمدتاً بر روی سطح پایه گرافیت قرار دارند، در حالی که گروه‌های کربونیل و کاربکسیل بر روی لبه گرافن قرار دارند.

Graphiane

حاصل از واکنش گرافن با گاز هیدروژن، یک هیدروکربن مشباع است که فرمول مولکولی (CH)n دارد، در آن تمام کربن به صورت sp ترکیب شده و ساختار شبکه شش‌ضلعی می‌سازد، اتم‌های هیدروژن به کربن‌ها از دو طرف صفحه گرافن به صورت متناوب پیوند می‌دهند و گرافیان خواص نیمه رسانا با گپ باند مستقیم نشان می‌دهد.

گرافن دوپ شده با نیتروژن یا کربن نیترید

پس از معرفی اتم‌های نیتروژن به شبکه گرافن تا شود گرافن دوپ شده با نیتروژن، گرافن حاصل خواص برجسته‌تری نسبت به گرافن خالص نشان می‌دهد، به شکل غشاها‌ای نامرتب، شفاف و چیدمان‌دار، برخی از این غشاها روی هم قرار می‌گیرند تا ساختار چند لایه‌ای تشکیل دهند و ظرفیت خاص بالا و دوره زندگی چرخه خوبی نشان می‌دهد.

patible با بیولوژی

قرار دادن یون‌های کاربکسیل می‌تواند به سطح مواد گرافن اجازه دهد تا گروه‌های تابعی فعال داشته باشد، که این موضوع باعث بهبود قابل توجه واکنش‌پذیری سلولی و زیستی مواد می‌شود. نسبت به شکل لوله‌ای نانولوله‌های کربنی، گرافن مناسب‌تر برای تحقیقات بیومتریال است. و نسبت به نانولوله‌های کربنی، لبه‌های گرافن طولانی‌تر هستند، راحت‌تر قابل دوپ شدن و تغییر شیمیایی هستند و قبول کردن گروه‌های تابعی راحت‌تر است.

اکسیدپذیری

با فلزات فعال واکنش می‌دهد.

قابل کاهش بودن

آن می‌تواند در هوا یا توسط اcidoهای اکسیدکننده اکسید شود، که این موضوع باعث برش گرافن به قطعات کوچک می‌شود. اکسید گرافن یک ماده لایه‌ای است که از اکسیداسیون گرافیت به دست می‌آید. آسان است که ساختارهای لایه‌ای از اکسید گرافن به صورت جداگانه با گرم کردن یا استخراج فوقصوتی در آب تشکیل شود.

واکنش افزودنی

استفاده از پیوندهای دوگانه در گرافن، گروه‌های مورد نظر می‌توانند از طریق واکنش‌های افزودنی اضافه شوند.

ثبات

ساختار گرافن بسیار پایدار است، با یک اتصال کربن-کربن فقط 1.42. اتصالات بین اتم‌های کربن درون گرافن انعطاف‌پذیر هستند و وقتی نیروی خارجی به گرافن اعمال می‌شود، اتم‌های کربن تقوس می‌زنند و تغییر شکل می‌یابند به طوری که اتم‌های کربن نیازی ندارند دوباره آرایش شوند تا به نیروی خارجی سازگار شوند، که این موضوع ساختار را پایدار نگه می‌دارد. این ساختار شبکه‌ای پایدار به گرافن رسانایی حرارتی عالی می‌دهد. علاوه بر این، الکترون‌ها در گرافن در حال حرکت در مدارهای خود به دلیل عیوب شبکه یا ورود اتم‌های خارجی پراکنده نمی‌شوند. زیرا نیروهای بین اتمی بسیار قوی هستند، در دمای اتاق، حتی وقتی اتم‌های کربن اطراف برخورد می‌کنند، الکترون‌های درون گرافن بسیار کم اغتشاش می‌شوند.