الجرافين

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

الجرافين[عدل]

شكل1: البناء الذري لشريحة من الجرافين يلاحظ انها على شكل بيوت النحل.

الجرافين هو مادة ثنائية الابعاد مكونة من الكربون تم اكتشافه على يد العالمين المولودين في روسيا أندرو و كوستيا وهو يعد نجم متألق في افق علم المواد وعلم الفيزياء المكثفة. يوجد الجرافين في حالته الثنائية الابعاد بخواص فائقة الدهشة ويعد الجرافين اقل المواد سماكة واشدها قوة, وهو مادة شفافة عالية الكثافة تتألف من شبكة من ذرات الكربون ثنائية الابعاد لها شكل مشابه لشكل بيوت النحل المتراصة. أبرز مزايا هذه المادة هي السرعة الغير الاعتيادية للالكترونات التي تسير خلالها حيث قد تصل إلى( 44000سم²/ث.ف).وهو يتكون من مستوى متآصل من الكربون حيث كل ذرات الكربون تشكل روابط تساهمية في مستوى واحد.بتكوير الجرافين بشكل كروي نحصل على كرات بوكي وبطيها في شكل اسطواني نحصل على الأنابيب النانوية الكربونية وبوضع عدد كافي من شرائح الجرافين فوق بعضها نحصل على الجرافيت. بالاضافة إلى ذلك فان قطع الجرافين إلى قطع صغيرة نحصل على الشرائط النانونية.

الإنتاج[عدل]

تمكن العالمان أندري جيم وكونستانتين نوفوسيلوف من استخلاص مادة الجرافين التي كان يعتقد بانه من المحال ان تتواجد بشكل ثابت من قطعة من الجرافيت وذلك عن طريق استخدام شريط لاصق عادي حيث تمكنا في نهاية سلسلة من التجارب من استخلاص رقاقة من الكربون بسماكة تعادل سماكة ذرة واحدة. يتألف كل مليميتر من الجرافيت من ثلاثة ملايين طبقة جرافين متراصة فوق بعضها البعض وهي غير متماسكة بقوة إذ من السهل فصلها عن بعضها الامر الذي يبرز عند الكتابة بقلم الرصاص. استخدم العالمان خلال تجربة صممت باسلوب علمي قطع من الاشرطة اللاصقة العادية حيث عملوا بواستطها على نزع رقاقات من الجرافيت بشكل متكرر وكانا يحصلا في كل مرة على رقاقات تتألف من طبقات متعددة من الجرافين من ثم عمد الباحئان إلى ربط القطع المنفصلة من الجرافيت باستخدام مادة السيليكون المتأكسد المستخدم في صناعة اشباه الموصلات ليتمكنا اخيرا من رؤية الجرافين.

الأنابيب النانوية الكربونية[عدل]

الطرق الاختبارية لانتاج الجرافين تتم من خلال قطع الانانيب النانونية أحد الطرق تكون عن طريق قطع الانابيب النانونية متعددة الجدران في محلول من فوق منغنات البوتاسيوم وحمض الكبريتيك.

صوتنة الجرافيت[عدل]

تتم عن طريق تفريق الجرافيت في وسط سائل بعد ذلك يتم صوتنته(تعريضه لطاقة صوت عبارة عن موجات فوق صوتية)بعد ذلك يتم تفريق الجرافيت المتقشر عن الجرافين بالطرد المركزي.

الخدش بالليزر[عدل]

عن طريق وضع طبقة من اكسيد الجرافيت على سطح اسطوانة دي في دي وحرقها باستخدام مدون دي في دي,ينتج طبقة رقيقة من الجرافين ذات خواص كهربية مواصلة عالية(1743 سمنز/متر).


التطبيقات[عدل]

يمتلك الجرافين خصائص فريدة تجعل منه مادة مثيرة للاهتمام بالنسبة للعديد من التطبيقات فهو مادة شفافة بالغة الرقة (قليلة السماكة) وتمتاز بمرونتها العالية وقوتها الفائقة يمكن استخدام الجرافين لشفافيته في تصنيع شاشات اللمس ولوحات الانارة والخلايا الضوئية كما يمكن الاستفادة منه في صناعة مجسات الغاز والاليكترونيات ذات المرونة العالية والقابلة للطي مع امكانية استعماله في تصنيع بعض اجزاء الطائرات والأقمار الصناعية كما يمكن استخدام الجرافين في تطوير البلاستيك فاضافة بعض منه بنسبة بسيطة سيزيد من مرونة البلاستيك ويرفع من قدرته على تحمل الحرارة ويجعله موصل جيد للكهرباء. يمكن استخدامه لعمل الشاشات التي تعمل باللمس لوحات الانارة والخلايا الضوئية كما يمكن الافادة منه في صنع محسات الغاز والالكترونيات ذات المرونة العالية والقابلة للطي. أكثر التطبيقات قربا للتنفيذ هو استخدامه في المواد المركبة, فيمكن انتاج كمية كريستيلات غير متخثرة من بودرة الجرافين بحجم يمكن مقارنته بالإنتاج الكمي ويمكن استخدامها في البطاريات الكهربية الذي يؤدي إلى زيادة فعالية تلك البطاريات, يمكن أيضا استخدام الأنابيب النانوية الكربونية الا ان بودرة الجرافين لها ميزة اعلى لانها ارخص في الإنتاج. من أحد المجالات التي يمكن ان يلاحظ فيها استخدام الجرافين في حقل البواعث وأيضا كأجهزة استشعار صلبة للغازات.

الخصائص[عدل]

يمتلك الجرافين خصائص مذهل تجعل منه مادة مثيرة للاهتمام بالنسبة للعديد من التطبيقات فهو مادة شفافة بالغة الرقة وتمتاز بمرونة عالية وقوة فائقة. يعتبر الجرافين شكل من اشكال الكربون وهو من المواد الواعدة في مجال المادة إذ يمتلك خصائص فريدة مقارنة بباقي المواد فهو يتفوق على النحاس في قدرته على التوصيل الكهربي في ما تَفُوقْ قدرته على توصيل الحرارة مواد أخرى ويعد الجرافين اقل المواد سماكة واشدها قوة وهو مادة شفافة عالية الكثافة تتألف من شبكة من ذرات الكربون ثنائية الابعاد لها شكل مشابه لبيوت النحل المتراصة وهو يعد وحدة البناء الاساسية لمادة الجرافيت الشهيرة, واعتقد العديد من الباحئين لفترات طويلة ان مادة الجرافين لا يمكن ان تتواجد بشكل ثابت فهي من الناحية العملية مادة أكاديمية إذ انها وبسبب رقة سماكتها قد تلتف فوق بعضها او تتكسر او حتى تتلاشى قبل عزلها اكتشاف الجرافين لم يكف عن اظهار خصائص جديدة غير مسبوقة فخصائصة تبين انه مادة موصلة ومثالية في مجال صناعة الألواح الشمسية او البلورات السائلة , كما ان مقاومتة الميكانيكية تبشر بانه سيكون من المواد فائقة الصلابة فضلا عن ذلك فان خواصه الاليكترونية اثارت دهشة العلماء بالفعل لان سرعة النقل الالكتروني فيه مرتفعة بشكل لا يصدق لان الاليكترونات تمر عبره من دون مقاومة تذكر وترتفع درجة حرارته بنسبة قليلة جدا وذلك لانه موصل جيد للحرارة وفقده لها سريع جدا الذي يجعله مناسبا للاستخدام في الالكترونيات. توصل الباحثون إلى ان سرعة انتقال الالكترونات فيه تزيد على سرعتها في السليكون ب30 مرة علاة على ذلك فان سرعة المعالجات المبنية على السيليكون ستبقى محصورة في نطاق الغيغاهرتز بينما الجرافين سيمكنها من اختراق التيراهرتز.


أنظر أيضًا[عدل]

المراجع[عدل]

  • Philip Wong & Deji Akinwande، H.-S. (2011). Carbon Nanotubes And Graphene Device Physics. Cambridge University Press.