مشاوره رایگان تحصیلی
منو

گرافن، جادوی قرن بیست‌ و یکم (1)

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

گرافن را «ماده جادویی» قرن 21 می‌نامند. این ماده که گفته می‌شود محکم‌ترین ماده‌ای است که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته، جایگزینی برای سیلیکون است و خواص عجیب آن مانند بیشترین میزان رسانایی الکتریکی در بین مواد شناخته شده، دنیای علم و رسانه‌ها) را تکان داده است .گرافن ماده ای منحصربه فرد با پایه‌ی کربنی و دانسیته‌ی اتمی بالاست. ترکیب غیر عادی خواص آن نظیر سختی و استحکام مکانیکی بسیار بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و قابل تنظیم، خصوصیات عالی نوری وسطحی است وازطریق عامل دار کردن شیمیایی ،موردتوجه خاص محققان قرارگرفته است و این حقیقت که شیمیدانان به سختی میتوانند جایگزینی برای گرافن پیدا کنند، سبب شده که این ماده دارای کاربردهای فراوانی در نانوالکترونیک، پیلهای خورشیدی و ابزارهای ذخیره انرژی مثل باطری‌‌‌ ‌ها و ابرخازن‌ها باشد.

 معرفی گرافن( Graphene)

اما گرافن‌چیست؟ جدیدترین تعریفی که برای گرافن ارائه شده این است که: گرافن ماده‌ای تخت و تک‌لایه متشکل از اتم‌های کربن است که این اتم‌ها در یک شبکه دوبعدی و کند‌و مانند به هم متصل شده‌اند و این ساختاری است که همه مواد گرافنی در ابعاد دیگر نیز از آن تبعیت می‌کنند.این ماده دارای ضخامت یک اتم با ویژگی‌های منحصربه‌فرد است ،که به دلیل ضخامت کم این ماده را به عنوان باریک ترین ماده جهان نیز می شناسند. درواقع گرافن اصطلاحی هست که به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه های گرافیت گفته می شود،اگر گرافیت را یک دفترچه از صفحات موازی در نظر بگیریم ،به هر ورق آن گرافن گفته می شود.

همان طور که می دانیم گرافیت یکی از آلوتروپ های (اشکال)کربن است. یکی از راه های تولید گرافن این است که اینقدر لایه های گرافیت را از هم دور کنیم تا به گرافن تبدیل شود. (ورقه ‌ورقه کردن گرافیت )

همان طور که گفتیم صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120°است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند. البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ای تغییر می‏کند که در آن پنج‌ضلعی‏ها و هفت‌ضلعی‏هایی نیز ایجاد می‏شود.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

ساختار اتمی صفحه گرافن: در این تصویر اتم‏های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏اند.

در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد. این پیوند مکان مناسبی برای قرارگیری برخی گروه‏های عاملی و هم چنین اتم‏های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏های کربن در اینجا کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد .گفتیم گرافیت نیز که یک ماده‏ی کربنی پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار لایه‏های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می‏شود. اما همانطور که می‏دانیم، گرافیت بسیار نرم است.

به نظر شما دلیل این امر چیست؟

آنچه لایه‏ های  گرافن را روی یکدیگر نگه می‏دارد، پیوندهای واندروالس بین آن‏هاست. این پیوند بسیار ضعیف است‏. بنابراین لایه‏های گرافن به راحتی می‏توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گرافیت (نوک مداد سیاه) نرم است.

گرافن سخت‌ترین و نازک‌ترین ماده‌ای است که بشر تاکنون به‌آن دست یافته‌‌است. این ماده با وجود این‌که ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور می‌دهد و از شفافیت 97,3 درصد برخوردار است

گرافن سخت‌ترین و نازک‌ترین ماده‌ای است که بشر تاکنون به‌آن دست یافته‌‌است. این ماده با وجود این‌که ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور می‌دهد و از شفافیت 97,3 درصد برخوردار است؛ همچنین آسانی تهیه و رسانا بودن این ماده و قابلیت آن در عبور دادن گرما و جریان الکتریسیته آن‌را به گزینه‌ای جدید برای استفاده در پنل‌های نوری و کامپیوترها تبدیل کرده‌است.شاید به همین دلیل است که از این ماده در ساخت نمایشگرهای لمسی بسیار ظریف و مقاوم استفاده خواهد شد.هم اکنون گرافن درحال نفوذ به کاربرد های الکترونیکی می باشد وممکن است بزودی پایه واساس تجهیزات الکترونیکی را عوض کند.با استفاده از گرافن ،ساخت وسایل برقی کوچک،قابل انعطاف وکم هزینه ،ممکن خواهد بود.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

در همین راستا، سامسونگ و آی‌بی ام  از جمله شرکت‌هایی هستند که قصد دارند این ماده نوظهور را به صورت کاربردی مورد استفاده قرار دهند.

جیمز هون، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه کلمبیا می‌گوید: "پژوهش‌های ما گرافن را به عنوان مستحکم‌ترین ماده شناخته شده تاکنون ثبت کرده است. گرافن 200 برابر قوی‌تر از فولاد است و برای این که یک مداد بتواند یک ورقه نازک گرافن را سوراخ کند، باید وزن یک فیل را به آن اعمال کرد".

کاربردهای متعدد گرافن حتی از خواصش نیز شگفت‌انگیزتر است. گرافن حتی یک ماده هم نیست، بلکه طیف بسیار گسترده‌ای از مواد است. از این حیث می‌توان آن را با پلاستیک مقایسه کرد. می‌توان آن را در هر جایی به‌کار برد، از مواد کامپوزیت مثل فیبر کربنی گرفته تا صنایع الکترونیک.

از آن‌جاکه خواص گرافن هنوز ناشناخته است، هر روز دانشمندان بیشتری به کار بر روی پروژه‌های آن علاقمند می‌شوند. اکنون حدود 200 شرکت به پژوهش بر روی گرافن مشغولند و فقط در سال 2010  تقریبا 3000 مقاله در مورد آن منتشر شده است.

فواید آن برای شرکت‌ها و مصرف‌کنندگان هم کاملا روشن است: ابزارهای سریع‌تر و ارزان‌تر که باریک‌تر و انعطاف‌پذیرترند. به این فکر کنید که گوشی هوشمند خود را لوله کنید و مانند مداد نجاران، پشت گوش بگذارید!

اگر گرافن را با کاربردهای امروزی پلاستیک مقایسه کنیم، باید به انتظار روزی باشیم که همه چیز، از پاکت میوه گرفته تا لباس‌ها، دیجیتال شوند. کارت‌های ارتباطی آینده، توان پردازشی به اندازه موبایل‌های هوشمند امروزی خواهند داشت. گرافن می‌تواند کاربردهای کاملا جدیدی در ابزارهای الکترونیکی شفاف، انعطاف‌پذیر و بسیار سریع‌تر از امروز پیدا کند. یک مثال از استفاده‌های دیگر آن می‌تواند افزودن پودر گرافن به تایرها برای قوی‌تر کردن آنها باشد.

 صفحه‏ی مختصات گرافنی

صفحه‏ی مختصات کارتزین یا دکارتی معروف را می‏شناسید. این صفحه، شبکه‏ای است که از مربع‏هایی با طول و عرض واحد تشکیل شده ‏است. در این صفحه دو بردار یکه‏ی i و  j هریک به طول یک واحد وجود دارد که توسط آن‏ها می‏توان از نقطه‏ی مبدا به هر نقطه‏ی دیگری مثل (nوm) رفت. این کار با تعریف یک بردار به شکل k=mi+njامکان پذیر می‏گردد.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

 صفحه‏ی مختصات دکارتی؛ بردارهای یکه‏ی iو j هم اندازه و بر یکدیگر عمود هستند

دستگاه مختصات کارتزین، یک دستگاه دو بعدی است که در آن دو بردار یکه‏ی یاد شده، هم اندازه بوده و بر یکدیگر عمود هستند. اما باید توجه داشت که تمام دستگاه‏های مختصات به این شکل نیستند. بلکه می‏توان دستگاه هایی را تعریف کرد که در آن اندازه‏ی بردارهای یکه نابرابر و زاویه‏ی بین آن دو مقدار دیگری باشد مانند صفحه‏ی مختصات گرافنی. صفحه‏ی مختصات گرافنی یک صفحه‏ی دو بعدی متشکل از شش‌ضلعی‏های منتظم می باشد. این صفحه یادآور شکل منظم کندوی زنبورهای عسل است.

در این صفحه‏یِ مختصاتِ دو بعدی، دو بردار یکه‏ی هم اندازه‏ی iو j را به طوری که در تصویر نشان داده شده است، تعریف می‏کنیم. زاویه‏ی بین این دو بردار برابر با 60° است. برای حرکت روی این صفحه می‏توانیم بردار C=mi+nj را تعریف نماییم. این بردار را بردار کایرال می‏نامیم. به عنوان نمونه ما چند بردار دلخواه را با شروع از یک نقطه، به عنوان مبدا، در تصویر 4 رسم کرده‌ایم.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک
بردارهای یکه‏ی i و j در صفحه‏ی مختصات گرافنی
(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

 بردارهای کایرال c=4i+2j و c=i+3j در صفحه‏ی مختصات گرافنی

همچنین می‏توانیم زاویه‏ی بین بردار کایرال و محور متناظر با بردار یکه‏ی i را به عنوان زاویه کایرال که مشخصه‏ی راستای بردار کایرال است‏ در نظر بگیریم. این زاویه در تصویر 5 نشان داده شده است. همانطور که در آینده خواهیم دید، این زاویه یکی از مشخصه‏های نانولوله‏های کربنی می‏باشد.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

زاویه‏ی کایرال بین بردار c=4i+3j و محور مربوط به بردار یکه‏ی i‏

 

 

  ادامه دارد...

منبع: تبیان




www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● ادامه تحصیل در مالزی
● دانشگاه های مالزی
● سعيد سيوف جهرمي
● هر آنچه می خواهید
● مجله پزشکی
● توصیه های پزشکی
● پس از باران
● انجمن علمی فیزیک پیام نور
● دانلود کامل
● سایت گردشگری آنوبانی نی
● جاویدان
● سنگ شکن
● آگهی رایگان
● ایتکا
● پزشکی
● مجله علمی
● پی سی گیمرز
● موسسه پروفسور حسابی
● میهن کمپ
● پی سی وبلاگ
● کتاب هفته
● دهکده فضایی
● ایران حافظ
● Airgo Design
● دکتر علی افضل صمدی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
گردش زمین به دور خورشید (19 پاسخ)
تغییر دمای مواد (1 پاسخ)
تابش لیزر به سطح کره ماه (1 پاسخ)
کتاب های فیزیک دبیرستان دهه هفتاد (2 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (213 پاسخ)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (42 پاسخ)
پیشنهاد خرید کتاب از نمایشگاه کتاب سال 96 (1 پاسخ)
مواد عايق امواج مغناطيسي (11 پاسخ)
چرخش زمین (16 پاسخ)
برگزاري اولين كارگاه كاربرد پرتوها در صنعت دانشگاه شاهرود (0 پاسخ)
تعدادی از کاربردهای فناوری های هسته ای (0 پاسخ)
پیش نیاز mcnp و مونت کارلو (1 پاسخ)
هواپیما در میدان مغناطیسی (2 پاسخ)
تولید مایعی که قانون نیوتن را نقض می‌کند! (8 پاسخ)
فرایند هم فشار بر عکس فرایند هم دما است؟! (12 پاسخ)
جسم دوار (22 پاسخ)
اندازه گیری جرم و بار الکترون بدون نسبیت؟ (2 پاسخ)
جاذبه زمین (6 پاسخ)
برخورد كشسان (55 پاسخ)
کیهان و کائنات؛ فیزیک یا ریاضی؟ (10 پاسخ)
ضرایب کولبش گوردن (1 پاسخ)
ترمودینامیک-فرایند هم حجم (2 پاسخ)
آیا مغزهای بزرگ باهوش ترند؟ (1 پاسخ)
کشف شگفت‌انگیز نحوه حفظ خاطره در مغز (0 پاسخ)
ایستگاه تفکر (130 پاسخ)
فوق لیسانس فیزیک با لیسانس غیرفیزیک میشناسین؟ (0 پاسخ)
سوال در مورد نمودار چرخه گاز کامل (1 پاسخ)
ساخت سرعت سنج حقيقي (22 پاسخ)
تلسکوپ تک عدسی با روزنه (0 پاسخ)
منظور از جذر همون رادیکاله؟ (2 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (511 پاسخ)
درخواست course ها و کتاب های اموزشی راجع به لیزر و فوتونیک (1 پاسخ)
شبیه سازی در نرم افزار zemax (1 پاسخ)
لطفا کارکرد این مدار رو بگید (1 پاسخ)
کتاب اصولی و کامل نسبیت عام و هندسه ریمانی (3 پاسخ)
کشف پنج ذره تازه تشکیل دهنده اتم در سرن (0 پاسخ)
عکسی دروغین؟! (12 پاسخ)
قانون سوم نیوتن (34 پاسخ)
در لحظه ی تحویل سال، چه اتفاق نجومی رخ می دهد؟ (1 پاسخ)
حرکت بردار شار مغناطیسی در هسته فرومغناطیس (1 پاسخ)
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (28 پاسخ)
نقطه ی بحرانی (7 پاسخ)
PI-DAY (28 پاسخ)
فرمول اصطکاک در هوا، مثلا اصطکاک میان بدنه هواپیما و هوا (2 پاسخ)
وقایع نجومی سال 96 (2 پاسخ)
درهم تنیدگی ساعت های کوانتومی از طریق گرانش (0 پاسخ)
ليزر (9 پاسخ)
پارادوکس تئوری اطلاعات با ژنتیک (12 پاسخ)
آيا سفر به ماه بزرگترین دروغ تاریخ است ؟ (242 پاسخ)
سرعت تله پورت (12 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (970 پاسخ)
مقادیر "مجاز" انرژی یعنی چی؟ (4 پاسخ)
معما های سخت (297 پاسخ)
شبیه ساز زیمکس (0 پاسخ)
معرفی کتابی در رابطه با تانسورها (4 پاسخ)
همگنی و همسانگردی فضا (9 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (104 پاسخ)
کهکشان ها در کجای جهان قرار دارن ؟ (8 پاسخ)
مزیت مکانیکی (0 پاسخ)
سازمان بهداشت جهانی فهرست ۱۲ باکتری خطرناک را منتشر کرد (2 پاسخ)
مقالات فیزیک
خاصیت شگفت‌انگیزی در چاپگرهای چهاربعدی
رانش دیواره‌ی بزرگ مرجانی در ۳۰۰.۰۰۰ سال پیش
تاثیر اختلال خواب بر سلول‌های مغز کودکان
آینده‌ی ذخیره‌سازی اطلاعات در DNA
شبیه‌سازی جدید از ساختار مغناطیسی طوفان‌های خورشیدی
یک مولکول جانوری، راهی برای کارایی بهتر باتری‌ها می‌شود
ویروس‌هایی به قدمت ۵۰۰ میلیون سال
محققان تنوع ژنتیکی مؤثر در قد انسان را کشف کردند
کشف تخم کروکودیل‌هایی ۱۵۲ میلیون ساله
بزرگترین فوران آتش‌فشانی در تاریخ بشر
رابطه‌ی سلفی گرفتن با بهداشت محیط
تصویربرداری از سایه‌ی سیاه‌چاله
چند میلیون دلار، هزینه‌ی تماس نگرفتن با دانشمندان
کشف مومیایی گمشده‌ی مصر باستان، در کنار رود نیل
تاجی از خار در مغز موش
امواج بزرگ و سرکش پدیده‌هایی روزمره
اسپیس ایکس دو گردشگر را به ماه می‌فرستد
جهش‌های DNA ماموت‌های پشمالو قبل از انقراض
اثرات بلند مدت آسیب مغزی شدید
خطر کمتر شیوع بیماری‌های خطرناک با زندگی در ارتفاعات بالاتر
ارتباط خواب فضانوردان و کارمندان روی زمین
در جهان کوانتومی ماهیت مفهومی مبهم است
دشواری رفتاری برای ورزش‌کردن افراد چاق
ارتباط کم‌خوابی و هوشیاری
چرا مردم زبان خود را تغییر می‌دهند؟
دست‌یابی به اساس تکامل
رفتار بسیار جالب بک نوع مورچه
نخستین شواهد از ادغام کهکشان‌های کوتوله
نسل جوان، پیام‌آوران تغییر ابدی
همکاری لوکسِ مرسدس بنز و دایمر
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
گوشت قرمز و مرغ، عامل دیابت (0+)
خویشاوندی ساکنان شرق آسیا و انسان‌های عصر سنگی (0+)
راز برنج؛ کدام برنج مغذی‌تر است؟ (0+)
ساخت دقیق‌ترین نقشه‌ی توزیع ماده‌ی تاریک در جهان (0+)
سیستم‌های تشخیص چهره، بالا رفتن سن را تشخیص می‌دهند؟ (0+)
تاثیر ویتامین ب در بهبود علائم اسکیزوفرنی (0+)
جادوی کامپیوتر DNA (0+)
صفحه‌ی شطرنج عجیبی که از فضا قابل مشاهده است! (0+)
کشف بانوی ایرانی؛ ارتباط بیماری پارکینسون با باکتری روده (0+)
ظاهر و بوی خوب، معیارهای مهم برای انتخاب جفت در حشرات! (0+)
هابل کهکشان جالب توجهی را به نمایش گذاشت (0+)
تحریک مغز، نیشتری برای بهبود حافظه (0+)
منظره‌ای جدید رو به کیهان با تلسکوپ فضایی جیمز وِب (0+)
روشی جدید برای کاهش خطر مرگ در بیماران سرطانی (0+)
گونه‌هایی جدید! قورباغه‌ی کوچک و پشه‌ی قارچی! (0+)
ادامه ...