ग्रेफीन और ग्रेफाइट में क्या अंतर है?

एक उल्लेखनीय रासायनिक तत्व, कार्बन वह है जो रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी की दूसरी अवधि के चौदहवें समूह में 6 नंबर पर आसानी से बैठता है। प्राचीन काल से, लोग हीरा और ग्रेफाइट को जानते हैं, इस तत्व के अब तक खोजे गए नौ से अधिक एलोट्रोपिक संशोधनों में से दो। वैसे, यह कार्बन है जो आधुनिक विज्ञान के लिए ज्ञात एलोट्रोपिक संशोधनों की संख्या, अन्य पदार्थों की तुलना में सबसे बड़ा है।

एलोट्रॉपी का तात्पर्य दो या दो से अधिक सरल पदार्थों, तथाकथित एलोट्रोपिक रूपों या एलोट्रोपिक संशोधनों के रूप में एक ही रासायनिक तत्व की प्रकृति में अस्तित्व की संभावना से है, जो संरचना और गुणों दोनों में इन पदार्थों में अंतर पैदा करते हैं। तो, कार्बन के 8 ऐसे मूल रूप हैं: हीरा, ग्रेफाइट, लोंसडेलाइट, फुलरीन (C60, C540 और C70), अनाकार कार्बन और एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब।

कार्बन के इन रूपों में पूरी तरह से अलग गुण और चरित्र हैं: नरम और कठोर, पारदर्शी और अपारदर्शी, सस्ते और महंगे पदार्थ। हालाँकि, आइए दो समान कार्बन संशोधनों की तुलना करें - ग्रेफाइट और ग्रेफीन।

हम सभी स्कूल के समय से भित्तिचित्रों से परिचित हैं।एक साधारण पेंसिल का लेड बिल्कुल ग्रेफाइट होता है। यह स्पर्श करने के लिए काफी नरम, फिसलन और चिकना होता है, क्रिस्टल प्लेट होते हैं, परमाणुओं की परतें एक के ऊपर एक स्थित होती हैं, इसलिए जब रगड़ते हैं, उदाहरण के लिए, कागज पर, ग्रेफाइट की स्तरित क्रिस्टल संरचना के अलग-अलग गुच्छे आसानी से छील जाते हैं , कागज पर एक विशिष्ट डार्क ट्रेस छोड़ते हुए।

ग्रेफाइट विद्युत प्रवाह को अच्छी तरह से संचालित करता है, इसका प्रतिरोध औसतन 11 ओम * मिमी 2 / मी है, लेकिन इसके क्रिस्टल की प्राकृतिक अनिसोट्रॉपी के कारण ग्रेफाइट की चालकता समान नहीं है। इस प्रकार, क्रिस्टल के विमानों के साथ चालकता इन विमानों में चालकता की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक है। ग्रेफाइट का घनत्व 2.08 से 2.23 ग्राम / सेमी 3 है।

प्रकृति में, ग्रेफाइट आग्नेय और ज्वालामुखीय चट्टानों में, स्कार्न्स और पेगमाटाइट्स में उच्च तापमान पर बनता है। यह हाइड्रोथर्मल इंटरमीडिएट तापमान पॉलिमेटेलिक जमा में खनिजों के साथ क्वार्ट्ज नसों में होता है। यह व्यापक रूप से मेटामॉर्फिक चट्टानों में वितरित किया जाता है।

इस प्रकार, 1907 के बाद से, मेडागास्कर द्वीप पर प्राकृतिक परतदार ग्रेफाइट का दुनिया का सबसे बड़ा भंडार विकसित किया गया है। इस द्वीप में प्रीकैम्ब्रियन मेटामॉर्फिक चट्टानें हैं जो 4,000-4,600 फीट के हाइपोमेट्रिक निशान वाले पहाड़ी इलाके में सतह तक बढ़ती हैं। ग्रेफाइट यहां 400 मील लंबी बेल्ट में पाया जाता है और द्वीप के केंद्र के पूर्वी भाग में पहाड़ों पर हावी है।

ग्रेफीन, ग्रेफाइट के विपरीत, एक थोक क्रिस्टल संरचना नहीं है; इसमें एक द्वि-आयामी हेक्सागोनल क्रिस्टल जाली है, जो केवल एक परमाणु मोटी है। इस तरह के एलोट्रोपिक संशोधन में, कार्बन स्वाभाविक रूप से बिल्कुल नहीं होता है, लेकिन सैद्धांतिक रूप से कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जा सकता है। हम कह सकते हैं कि ग्रेफाइट की बहुस्तरीय बल्क क्रिस्टल संरचना से जानबूझकर अलग किया गया प्लेन यही ग्रेफीन होगा।

इस रूप में पदार्थ की अस्थिरता के कारण वैज्ञानिक शुरू में ग्राफीन को एक साधारण द्वि-आयामी फिल्म के रूप में प्राप्त करने में असमर्थ थे। हालांकि, एक सिलिकॉन ऑक्साइड सब्सट्रेट पर (ढांकता हुआ परत के साथ बंधन के कारण) अभी भी एक-परमाणु-मोटा ग्राफीन प्राप्त करना संभव था: 2004 में, मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के रूसी वैज्ञानिक एंड्री गीम और कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव ने विज्ञान में एक रिपोर्ट प्रकाशित की। इस तरह ग्राफीन प्राप्त करने पर।

और आज भी, अनुसंधान के लिए ग्राफीन प्राप्त करने के ऐसे सरल तरीके, जैसे चिपकने वाली टेप (और इसी तरह के तरीकों) का उपयोग करके बल्क ग्रेफाइट क्रिस्टल से कार्बन मोनोलेयर का यांत्रिक छूटना उचित है।

शोधकर्ताओं का मानना ​​​​है कि उनकी प्रगति के लिए धन्यवाद, ग्राफीन-आधारित नैनोइलेक्ट्रॉनिक का एक नया वर्ग जल्द ही सामने आएगा, जहां फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर 10 एनएम से कम मोटे होंगे। तथ्य यह है कि ग्राफीन में इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता इतनी अधिक (10,000 सेमी2 / वी * एस) है कि यह आज के पारंपरिक सिलिकॉन के लिए सबसे आशाजनक विकल्प प्रतीत होता है।

उच्च वाहक गतिशीलता लागू विद्युत क्षेत्रों के प्रभाव के लिए बहुत तेज़ी से प्रतिक्रिया करने के लिए इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की क्षमता है, और यह क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की मूल परिचालन इकाई है।

फोटोवोल्टिक उपकरणों और टच स्क्रीन के लिए विभिन्न जैविक और रासायनिक सेंसर के साथ-साथ पतली फिल्मों के निर्माण की भी संभावनाएं हैं। इस सब के बावजूद, ग्राफीन की तापीय चालकता तांबे की तुलना में 10 गुना अधिक है, और यह मानदंड हमेशा इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।