Grafeni i pastër është një kristal uniform, një-atom-i trashë i karbonit i rregulluar në një model heksagonal, siç shihet në këtë imazh mikroskopi elektron. Karboni ka tre allotrope kryesore: grafit, diamant dhe fullerene. Grafeni (/ˈɡ ræfiːn/) është një allotrop karboni që prodhohet nga grafiti.
Grafeni (Graphene), në formën e tij ideale, është një material dydimensional (2D) i përbërë nga një shtresë e vetme e atomeve të karbonit të rregulluara në një shtresë (lattice) heksagonale. Pasuria në vetitë morfologjike, fizike, mekanike dhe optike të grafenit ideal ka nxitur interes të madh shkencor dhe industrial, që nga eksfolimi i tij i parë në vitin 2004.
Andre Geim dhe Konstantin Novoselov, nga Universiteti i Mançesterit, anë fituar çmimin Nobel1 në fizikë nga puna e tyre me grafenë. Ata kanë gjetur një mënyrë për të izoluar grafenin nga grafiti (karboni në plumb lapsi) dhe për të dalluar sjelljen e tij, e cila mban potencial ekstrem për teknologjinë e ardhshme.
Grafeni është i përbërë nga fletë të atomeve të karbonit në një rrjet heksagonal, dhe Geim dhe Novoselov kanë grafenë të izoluar me një metodë tronditëse të thjeshtë— shirit scotch. Ata shkulën shtresa kristalesh grafiti duke përdorur shiritin scotch, i cili pastaj mund të krijojë fletë të holla grafene.
Grafeni (/ˈɡ ræfiːn/) është një allotrop karboni i përbërë nga një shtresë e vetme atomesh të rregulluara në një nanostrukturë planare të huallit të mjaltit. Emri “grafene” rrjedh nga “grafite” dhe prapashtesa -ene, që tregon praninë e lidhjeve të dyfishta brenda strukturës së karbonit.
Çfarë është grafeni?
Grafeni përkufizohet më thjesht si një shtresë e vetme e atomeve të karbonit të lidhura së bashku në një strukturë heksagonale, ngjashëm fletëve. Ju mund të mendoni për grafenë të pastër si një fletë një-shtresë-trashë e letrës së indeve të karbonit që ndodh të jetë materiali më i fortë në Tokë.
Grafeni zakonisht vjen në formën e një pluhuri të bërë nga fletë të vogla individuale që janë afërsisht diametri i një kokrre rëre. Një fletë individuale e grafenit është 200 herë më e fortë se një copë çeliku po aq e hollë. Graphene është gjithashtu jashtëzakonisht përçuese, mban së bashku deri në 1.300 gradë Fahrenheit (700 °C), mund t’i rezistojë acideve dhe është fleksibël dhe shumë i lehtë.
Për shkak të këtyre vetive grafeni mund të jetë jashtëzakonisht i dobishëm. Materiali mund të përdoret për të krijuar elektronikë fleksibël dhe për të pastruar ose desalinuar ujin. Dhe duke shtuar vetëm 0,03 ons (1 gram) grafenë në 11.5 paund (5 kilogram) çimento rrit forcën e çimentos me 35%.]2.
Që nga fundi i vitit 2022, Ford Motor Co., si pjesë e kërkimit për grafen, është një nga kompanitë e vetme që përdor grafenë në shkallë industriale. Duke filluar nga viti 2018, Ford filloi të bënte plastikë për automjetet e saj që ishte 0.5% grafenë – duke rritur forcën e plastikës me 20%.
Studiuesit e bënë copën e parë të grafenit duke qërimin (peeling) e shtresave të karbonit jashtë grafitit – ose plumb lapsi – me shirit.
Përdorimi
- Grafeni është një material i përdorur në veshje, celularë dhe madje edhe disa mallra sportive – dhe së shpejti, do të përdoret nën kapuç në automjetet Ford, një e para në automobile.
- Ford, së bashku me Eagle Industries dhe XG Sciences, ka gjetur një mënyrë për të përdorur një sasi shumë të vogël grafeni, ndërsa ka arritur përmirësime të mëdha të pronës – më të lehta, përçueshmëri më të mirë të nxehtësisë dhe reduktim të zhurmës – një aplikim perceptues.
- Në automjete, grafeni – i cili është i lehtë dhe jashtëzakonisht i fortë – do të veprojë si një palë kufje super të fuqizuara, që anulojnë zhurmën, duke reduktuar zërin brenda kabinës dhe duke krijuar një udhëtim më të qetë.3
[“Çipet e ardhshme mund të jenë 10 herë më të shpejta, të gjitha falë grafenit”; “Grafeni mund të përdoret në zbulimin e COVID-19“; dhe “Graphene lejon bateritë të karikojnë 5x më shpejt” – ato janë vetëm një grusht titujsh dramatikë të kohëve të fundit që lavdërojnë mundësitë e grafenës. Grafeni është një material jashtëzakonisht i lehtë, i fortë dhe i qëndrueshëm i bërë nga një shtresë e vetme e atomeve të karbonit. Me këto veti, nuk është për t’u habitur që studiuesit kanë studiuar mënyra se si grafeni mund të çojë përpara shkencën materiale dhe teknologjinë për dekada të tëra.]4.
Si prodhohet Grafeni
Grafeni prodhohet në dy mënyra kryesore që mund të përshkruhen ose si një proces sipër-poshtë ose poshtë-lart.
Fletët e para të grafenit -]5 në botë u krijuan në vitin 2004 nga grafiti. Grafiti, i njohur zakonisht si plumbi i lapsit, përbëhet nga miliona fletë grafene të grumbulluara njëra mbi tjetrën. Sinteza e sipërme, e njohur edhe si eksfolimi i grafenës6, punon duke hequr shtresat më të holla të mundshme të karbonit nga grafiti. Disa nga fletët më të hershme të grafenës u bënë duke përdorur shiritin e celofanit për të hequr shtresat e karbonit nga një pjesë më e madhe e grafitit -]7.
Problemi është se forcat molekulare që mbajnë fletët e grafenës së bashku në grafit janë shumë të forta, dhe është e vështirë të heqësh fletët. Për shkak të kësaj, grafeni i prodhuar duke përdorur metodat e sipërme poshtë është shpesh shumë shtresa të trasha, ka vrima ose deformime dhe mund të përmbajë papastërti8. Fabrikat mund të prodhojnë disa ton grafenë të eksfoliuar mekanikisht ose kimikisht në vit, dhe për shumë aplikime – si përzierja e tij në plastikë – grafeni me cilësi më të ulët funksionon mirë9.
imazhi a1 tregon: Lëvozhgat e grafenës të bëra nga metodat e sipërme-poshtë zakonisht janë më shumë se një atom i trashë dhe kanë papastërti si plisat dhe lotët, siç shihet. Kredi nga Graphene flakes – File:Graphene flakes.JPG – Wikimedia Commons.
Një pluhur që përmban pak flake grafene. Imazhi u përftua duke përdorur një mikroskop elektron skanues. Një artikull i grafenës wikipedia mund të plotësohet nga ky imazh SEM. https://en.wikipedia.org/wiki/Graphene.
Grafeni i lartë-poshtë, i eksfoliuar është shumë larg nga përsosmëria, dhe disa aplikime kanë nevojë për atë fletë të vetme të pastër të karbonit.
Sinteza poshtë-lart ndërton fletët e karbonit një atom në një kohë gjatë disa orëve. Ky proces – i quajtur depozitim i avullit10 – u lejon kërkuesve të prodhojnë grafenë me cilësi të lartë që është një atom i trashë dhe deri në 30 inç në të gjithë. Kjo jep grafenë me vetitë më të mira të mundshme mekanike dhe elektrike. Problemi është se me një sintezë poshtë-lart, mund të duhen orë të tëra për të bërë edhe 0.00001 gram11 – jo aq shpejt sa duhet për ndonjë përdorim në shkallë të gjerë si në elektronikën fleksibël me ekran me prekje ose panelet diellore12, për shembull.
Çfarë është kapja?
Metodat aktuale të prodhimit të grafenit, si nga lart-poshtë ashtu edhe nga poshtë-lart, janë të shtrenjta, si dhe energji dhe burime intensive, dhe thjesht prodhojnë shumë pak produkt, shumë ngadalë.
Disa kompani prodhojnë grafenë dhe e shesin atë për 60,000 deri në 200,000 dollarë amerikanë për ton. Ka një numër të kufizuar përdorimesh që kanë kuptim me këto kosto të larta.
Ndërsa sasi të vogla të grafenit lart-poshtë ose poshtë-lart mund të plotësojnë nevojat e kërkuesve, për kompanitë edhe vetëm procesi i prototyping një material të ri, aplikimi ose procesi i prodhimit kërkon shumë paund pluhur graphene ose qindra fletë grafene dhe shumë kohë dhe përpjekje. U deshën investime të rëndësishme dhe më shumë se katër vjet studim, zhvillim dhe optimizim përpara se grafeni të godiste linjën e prodhimit në Ford.
Prodhimi aktual mezi mund të mbulojë eksperimentimin, shumë më pak përdorim të përhapur.
Përmirësimi i prodhimit
Për një material që ka qenë rreth e rrotull që nga vetëm 2004, është bërë shumë përparim në rritjen e prodhimit dhe zbatimit të grafenit.
Ka të dhëna se grafeni po fillon të depërtojë në nivel komercial. Ka një numër të madh startup-esh të lidhura me grafenin që shikojnë një gamë të gjerë përdorimesh duke filluar nga magazinimi i energjisë deri te komponimet e deri te stimulimi nervor. Kompanitë e mëdha – si Tesla, LG dhe gjigandi kimik BASF – po hetojnë gjithashtu se si mund të përdorej grafeni, në bateritë e ringarkueshme, elektronikën fleksibël ose të veshur dhe materialet e gjeneratës së ardhshme.
Grafeni është pjekur për një zbulim që do të ulë koston dhe do të rrisë shkallën e prodhimit, dhe kjo është një fushë e kërkimit intensiv akademik. Një teknikë e re e zbuluar në vitin 2020, e quajtur ngrohja flash joule, është veçanërisht premtuese. Studiuesit kanë treguar se kalimi i sasive të mëdha të elektricitetit nëpërmjet çdo burimi karboni riorganizon lidhjet karboni-karboni në një strukturë grafene. Duke përdorur këtë proces, është e mundur të bëhen shumë kile grafenë me cilësi të lartë për një kosto relativisht të ulët nga çdo material që përmban karbonin si qymyri apo edhe plehrat. Një kompani e quajtur Universal Matter Inc. tashmë po e komercializon procesin. Sapo kostoja e grafenit të bjerë, aplikimet komerciale do të pasojnë. Oreksi për grafenë është i madh, por do të duhet pak kohë para se ky material të jetojë në lartësinë e potencialit të tij.13
The Miracle Material: Graphene VIDEO sq Materiali mrekullibërës: Grafeni>
Grafeni u gjet pothuajse rastësisht, dhe që kur ka pasur eksperimente të shumta për të parë se çfarë është në gjendje të bëjë. Shumë shkencëtarë besonin se grafeni do të ishte përgjigja për të krijuar të gjitha shpikjet e çmendura nga filmat sci-fi. Le të shohim nëse ata shkencëtarë kishin të drejtë.
–
Referenca:
- The official website of the Nobel Prize – NobelPrize.org ↩︎
- Concrete Additives – First Graphene ↩︎
- Cell Phones, Sporting Goods, and Soon, Cars: Ford Innovates with “Miracle” Material, Powerful Graphene for Vehicle Parts | Ford Media Center ↩︎
- Graphene is a proven supermaterial, but manufacturing the versatile form of carbon at usable scales remains a challenge ↩︎
- Graphene: history, controversy and the Nobel prize | Graphene-Info ↩︎
- How to Perform Liquid-Phase Exfoliation on Graphene ↩︎
- How to Make graphene sheets from graphite flakes and cellophane tape « Science Experiments :: WonderHowTo ↩︎
- The Worldwide Graphene Flake Production – Kauling – 2018 – Advanced Materials – Wiley Online Library ↩︎
- Graphene 101: Forms, properties and applications | CompositesWorld ↩︎
- CVD Graphene – Creating Graphene Via Chemical Vapour Deposition – Graphenea ↩︎
- Bridging the Gap between Reality and Ideal in Chemical Vapor Deposition Growth of Graphene | Chemical Reviews ↩︎
- Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes | Nature Nanotechnology ↩︎
- Graphene is a proven supermaterial, but manufacturing the versatile form of carbon at usable scales remains a challenge ↩︎
- (19) The Miracle Material: Graphene – YouTube ↩︎
