プライמר עשיר בזינק גרפייני

תכונות חשמליות ואופטיות

הסדר של אטומי הפחמן בגרפן זהה לזה של השכבה המונואטומית של גרפייט כדי להיווצר עם מסלולים היברידיים sp, ויש להם את התכונות הבאות: לאטומי הפחמן יש 4 אלקטרונים ערך, שבהם 3 אלקטרונים יוצרים קשר sp, כלומר, כל אטום פחמן תורם אלקטרון ללא קשר שמצוי במסלול pz, והמסלול pz של האטום השכן מאונך למישור כדי ליצור קשר π. הקשר π שנוצר מחדש נמצא במצב חצי מלא. המחקר אישר שאטומי הפחמן בגרפן יש להם מספר קואורדינציה של 3, אורכו של הקשר בין כל שני אטומים סמוכים של פחמן הוא 1.42×10 מטרים, והזווית בין הקישורים היא 120°. בנוסף למבנה התא השכבותי שבו קשרי σ מחוברים לאטומי פחמן אחרים לתוך טבעות שישה-צלעות, המסלולים pz של כל אטום פחמן מאונכים למישור השכבה יכולים ליצור קשרים π גדולים העוברות דרך כל השכבה של מספר רב של אטומים (דומה לטבעת בנזן), ובכך יש להם תכונות חשמליות ואופטיות מצוינות.

תכונות מכניות

גרפין הוא אחד החומרים החזקים ביותר שידועים, אך הוא גם מאוד דמוי ויכול להעקל. לגרפין יש מודולוס ציון תיאורטי של 1.0TPa ועוצמה מתיחה אינרנטית של 130GPa. גרפין מופחת معدل על ידי פלזמה של הידרוגן גם הוא חזק מאוד, עם מודולוס ממוצע גדול יותר ב-0.25TPa. הדיו השחור המורכב מסדכיות גרפין מלא חורים, ולכן הדיו השחור הוא מאוד קורא. לעומת זאת, הדיו השחור הפונקציונלי העשוי מגרפין פונקציונלי חמצני הוא חזק מאוד ואיתנים.

эффектים אלקטרוניים

הניידות של גרפין בטמפרטורת החדר היא בערך 15,000 ס"מ/(וולט·שניה), מה שיותר מ-10 פעמים מאשר חומרים מסיליקוניים ויותר משתיים מאשר אינדום אנטימוניד (InSb), החומר בעל הניידות הגבוהה ביותר ידועה. תחת תנאים מסוימים, כמו טמפרטורות נמוכות, הניידות של גרפין יכולה להיות אפילו גבוהה עד ל-250,000 ס"מ/(וולט·שניה). בניגוד לרבים מחומרים, ניידות האלקטרונים בגרפין פחות מושפעת ממגמות טמפרטורה, ובכל טמפרטורה בין 50 ל-500 קלווין, ניידות האלקטרונים של שכבה אחת של גרפין היא בערך 15,000 ס"מ/(וולט·שניה).

תכונות תרמיות

גרפין בעלות תכונות יוצאות דופן של הובלת חום. גרפין חד-שכבתי טהור ללא פגמים בעלות את התמיכת חום הגבוהה ביותר מבין כל החומרים הקארבוניים, עם תמיכת חום של עד 5300 ואט למטר-קלווין, גבוהה יותר מזו של ננוטובים קARBONיים בודדים (3500 ואט למטר-קלווין) ו-nanotubes קARBONיים מרובי-קירות (3000 ואט למטר-קלווין). כאשר הוא משמש כносע, התמיכת החום שלו יכולה להגיע גם ל-600 ואט למטר-קלווין. בנוסף, התמיכת החום הבוליסטית של הגרפין יכולה להוריד את הגבול התחתון של התמיכת החום הבוליסטית של ננוטובים קARBONיים באורך ומיגור יחידה.

תכונות אופטיות

גרפין يتمتع בתכונות אופטיות מוצלחות מאוד, עם שיעור ספיגה של כ-2.3% על טווח אורך גל רחב, והוא נראה כמעט שקוף. על טווח עובי של מספר שכבות של גרפין, שיעור הספיגה גדל ב-2.3% עבור כל שכבה נוספת של עובי. גם סריגי גרפין בשטחים גדולים יש להם תכונות אופטיות מצוינות, ותכונות אלה משתנות בהתאם לשינוי בעובי הגרפין. זו היא מבנה אלקטרוני לא רגיל באנרגיה נמוכה עבור שכבה אחת של גרפין. כאשר מפעילים מתח על טרנזיסטור שדה דו-שערים של גרפין דו-שכבות בטמפרטורת החדר, ניתן להתאים את הפער האנרגטי של הגרפין בין 0 ל-0.25eV. כאשר מפעילים שדה מגנטי, התגובה האופטית של פסיות גרפין יכולה להיבדוק לטווח הטראהרצ'.

דיסולוביליות

מציג פתיחות טובה במחומרים לא-פולריים והוא חסר-הידרופובי ומעודן-ליפופובי.

נקודת התהודה

מדעמדעcientists אמרו במחקר מ-2015 שזו הייתה בערך 4,125K, ויש מחקרים אחרים שמצביעים על כך שהנקודת התהודה יכולה להיות סביב 5,000 K

מאפיינים נוספים

יכולים לספוג ושחרר מגוון אטומים וโมלקולות.

תרכובות

גרפין אוקסיד

חומר מרובד השגוי מוקסיד גרפיט. לאחר שגרף גולמי עובר טיפול בפתרון חמצן ריכוזי עז, שכבה של גרפין מוקסידה למשהו הידרופילי יותר, והמרווח בין שכבות הגרפיט גדל מ-3.35A לפני האוקסידציה ל-7~10A. מבנה של לוחות מוקסידי גרפין מופרדים נוצר בקלות על ידי חימום או פירוד אולטרסוני במים. תוצאות אפיון כמו XPS, ספקטרוסקופיה אינפרא אדום (IR), וספקטרוסקופיה גרעינית מגנטית (NMR) מראות שמכיל מוקסידי גרפין מספר גדול של קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן, כולל הידרוקסיל, קבוצות אפוקסיד, קבוצות קרבוניל, קבוצות קרบอกסיל ועוד. הקבוצות ההידרוקסיל והאפוקסיד ממוקמות בעיקר על פני הבסיס של הגרפיט, בעוד שהקרבוניל והקרบอกסיל ממוקמות על הקצוות של הגרפין.

Graphiane

נוצר בתגובה של גרפין עם גז הידרוגן, הוא חומרון שבעי עם הנוסחה המולקולרית (CH)n, שבה כל הפחמן הוא hibrid sp וemaakt מבנה רשת הקסגונלי, אטומי הידוגן מחוברים לפחמן בצורה מתחלפת משני צידי המישור של הגרפין, והגרפיין מראה תכונות של חומר חצי-הולך עם פער בänder ישיר.

גרפין מופק בניטוגן או קרבייט ניטוגן

לאחר השמה של אטומים של ניטוגן לרשת הגרפין כדי להפוך לגרפין מופק בניטוגן, הגרפין המופק בניטוגן המתקבל מציג תכונות יוצאות דופן יותר מאשר גרפין טהור, בצורת מסת מרוחקת, שקופית, מתקפלת כמו סדינית, חלק מהליסות מחוברות זו על גבי זו כדי ליצור מבנה רב-שכבתי, המראה קיבולת ספציפית גבוהה וחיווי מעגלי טוב.

אומצביות ביולוגית

השתלת יונים קרבוקסיל יכולה לאפשר למשטח של חומרים גרפיים להכיל קבוצות פונקציונליות פעילות, מה שיביא לשיפור גדול בפעילות התאית והביולוגית של החומר. בהשוואה לצורה התubular של ננוטוובים פחמניים, גרפן הוא יותר מתאים לחקר חומרי ביולוגיה. ובהשוואה לננוטוובים הפחמניים, הקצוות של הגרפן ארוכים יותר, קל יותר לדופם ולשנות כימית, וקל יותר לקבל קבוצות פונקציונליות.

יכולת השכלה

מגיב עם מתכת פעילה.

יכולת הפחתה

ניתן לשכלה באוויר או על ידי חומצי שכלה, באמצעותם ניתן לחתוך את הגרפן לגזרים קטנים. אוקסיד גרפן הוא חומר שכבות המתקבל משכילת גרףיט. קל ליצור מבני שכבות מבודדות של אוקסיד גרפן על ידי חימום או פרישה אולטרסונית במים.

תגובה חיבור

באמצעות הקשרים הכפולים על הגרפן, ניתן להוסיף את הקבוצות הרצויות דרך תגובת חיבור.

יציבות

המבנה של גרפין הוא מאוד יציב, עם קשר פחמן-פחמן באורך של רק 1.42. הקישורים בין אטומי הפחמן בתוך הגרפין הם גמישים, ובמקרה שבו כוח חיצוני מופעל על הגרפין, אטומי הפחמן מתכופפים וממשתנים בצורה כזו שהאטומים לא חייבים להשתנות מחדש כדי להתאים לכוח החיצוני, מה שומר על המבנה יציב. המבנה התלתי הזה של הרשת נותן לגרפין תרמלית מצוינת. בנוסף, אלקטרונים בגרפין לא מתפזרים בזמן שהם נעים במסלולים שלהם בגלל חסרונות ברשת או بسبب הכנסת אטומים זרים. מכיוון שהכוחות בין האטומים חזקים כל כך, בטמפרטורת החדר, אפילו כאשר אטומי הפחמן הסובבים מתנגשים, האלקטרונים בתוך הגרפין כמעט לא מפריעים להם.