مسافر007
24th August 2011, 04:34 PM
http://img.tebyan.net/big/1390/05/29165145144871731851851392501911223720523845.gif
گرافن را «ماده جادويي» قرن 21 مي‌نامند. اين ماده كه گفته مي‌شود محكم‌ترين ماده‌اي است كه تاكنون مورد مطالعه قرار گرفته، جايگزيني براي سيليكون است و خواص عجيب آن مانند بيشترين ميزان رسانايي الكتريكي در بين مواد شناخته شده، دنياي علم و رسانه‌ها) را تكان داده است .گرافن ماده اي منحصربه فرد با پايه‌ي كربني و دانسيته‌ي اتمي بالاست. تركيب غير عادي خواص آن نظير سختي و استحكام مكانيكي بسيار بالا، رسانايي الكتريكي و حرارتي بالا و قابل تنظيم، خصوصيات عالي نوري وسطحي است وازطريق عامل دار كردن شيميايي ،موردتوجه خاص محققان قرارگرفته است و اين حقيقت كه شيميدانان به سختي ميتوانند جايگزيني براي گرافن پيدا كنند، سبب شده كه اين ماده داراي كاربردهاي فراواني در نانوالكترونيك، پيلهاي خورشيدي و ابزارهاي ذخيره انرژي مثل باطري ها و ابرخازن‌ها باشد.
معرفي گرافن( Graphene)
اما گرافن‌چيست؟ جديدترين تعريفي كه براي گرافن ارائه شده اين است كه: گرافن ماده‌اي تخت و تك‌لايه متشكل از اتم‌هاي كربن است كه اين اتم‌ها در يك شبكه دوبعدي و كند‌و مانند به هم متصل شده‌اند و اين ساختاري است كه همه مواد گرافني در ابعاد ديگر نيز از آن تبعيت مي‌كنند.اين ماده داراي ضخامت يك اتم با ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد است ،كه به دليل ضخامت كم اين ماده را به عنوان باريك ترين ماده جهان نيز مي شناسند. درواقع گرافن اصطلاحي هست كه به نوارهاي بسيار نازكي از تك لايه هاي گرافيت گفته مي شود،اگر گرافيت را يك دفترچه از صفحات موازي در نظر بگيريم ،به هر ورق آن گرافن گفته مي شود.
همان طور كه مي دانيم گرافيت يكي از آلوتروپ هاي (اشكال)كربن است. يكي از راه هاي توليد گرافن اين است كه اينقدر لايه هاي گرافيت را از هم دور كنيم تا به گرافن تبديل شود. (ورقه ورقه كردن گرافيت )
همان طور كه گفتيم صفحات گرافن با كنار هم قرار گرفتن اتم‌هاي كربن تشكيل مي‌شوند. در يك صفحه گرافن، هر اتم كربن با 3 اتم كربن ديگر پيوند داده است. اين سه پيوند در يك صفحه قرار دارند و زواياي بين آنها با يكديگر مساوي و برابر با 120°است. در اين حالت، اتم‌هاي كربن در وضعيتي قرار ميگيرند كه شبكهاي از شش ضلعيهاي منتظم را ايجاد مي‌كنند. البته اين ايدهآلترين حالت يك صفحهي گرافن است. در برخي مواقع، شكل اين صفحه به گونهاي تغيير ميكند كه در آن پنجضلعيها و هفتضلعيهايي نيز ايجاد مي‌شود.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/2312149544219132201021817323249718331160.gif
ساختار اتمي صفحه گرافن: در اين تصوير اتم‌هاي كربن با نقاط سياه و پيوندها با نقطه چين نمايش داده شده‌اند.
در يك صفحه گرافن، هر اتم كربن يك پيوند آزاد در خارج از صفحه دارد. اين پيوند مكان مناسبي براي قرارگيري برخي گروههاي عاملي و هم چنين اتم‌هاي هيدروژن است. پيوند بين اتم‌هاي كربن در اينجا كوالانسي بوده و بسيار محكم است. بنابراين گرافن استحكام بسيار زيادي دارد .گفتيم گرافيت نيز كه يك مادهي كربني پر مصرف و شناخته شده است، از روي هم قرار لايههاي گرافن و تشكيل يك ساختار منظم تشكيل مي‌شود. اما همانطور كه ميدانيم، گرافيت بسيار نرم است.
به نظر شما دليل اين امر چيست؟
آنچه لايه هاي گرافن را روي يكديگر نگه ميدارد، پيوندهاي واندروالس بين آنهاست. اين پيوند بسيار ضعيف است. بنابراين لايههاي گرافن به راحتي ميتوانند روي هم بلغزند و به همين دليل گرافيت (نوك مداد سياه) نرم است.
گرافن سخت‌ترين و نازك‌ترين ماده‌اي است كه بشر تاكنون به‌آن دست يافته‌‌است. اين ماده با وجود اين‌كه ساختار متراكمي دارد، به علت ضخامت بسيار اندكش كه برابر با ضخامت يك اتم كربن است، نور را از خود عبور مي‌دهد و از شفافيت 97,3 درصد برخوردار است
گرافن سخت‌ترين و نازك‌ترين ماده‌اي است كه بشر تاكنون به‌آن دست يافته‌‌است. اين ماده با وجود اين‌كه ساختار متراكمي دارد، به علت ضخامت بسيار اندكش كه برابر با ضخامت يك اتم كربن است، نور را از خود عبور مي‌دهد و از شفافيت 97,3 درصد برخوردار است؛ همچنين آساني تهيه و رسانا بودن اين ماده و قابليت آن در عبور دادن گرما و جريان الكتريسيته آن‌را به گزينه‌اي جديد براي استفاده در پنل‌هاي نوري و كامپيوترها تبديل كرده‌است.شايد به همين دليل است كه از اين ماده در ساخت نمايشگرهاي لمسي بسيار ظريف و مقاوم استفاده خواهد شد.هم اكنون گرافن درحال نفوذ به كاربرد هاي الكترونيكي مي باشد وممكن است بزودي پايه واساس تجهيزات الكترونيكي را عوض كند.با استفاده از گرافن ،ساخت وسايل برقي كوچك،قابل انعطاف وكم هزينه ،ممكن خواهد بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/20514021623973524261843832244138224656.gif
در همين راستا، سامسونگ و آي‌بي ام از جمله شركت‌هايي هستند كه قصد دارند اين ماده نوظهور را به صورت كاربردي مورد استفاده قرار دهند.
جيمز هون، استاد مهندسي مكانيك دانشگاه كلمبيا مي‌گويد: "پژوهش‌هاي ما گرافن را به عنوان مستحكم‌ترين ماده شناخته شده تاكنون ثبت كرده است. گرافن 200 برابر قوي‌تر از فولاد است و براي اين كه يك مداد بتواند يك ورقه نازك گرافن را سوراخ كند، بايد وزن يك فيل را به آن اعمال كرد".
كاربردهاي متعدد گرافن حتي از خواصش نيز شگفت‌انگيزتر است. گرافن حتي يك ماده هم نيست، بلكه طيف بسيار گسترده‌اي از مواد است. از اين حيث مي‌توان آن را با پلاستيك مقايسه كرد. مي‌توان آن را در هر جايي به‌كار برد، از مواد كامپوزيت مثل فيبر كربني گرفته تا صنايع الكترونيك.
از آن‌جاكه خواص گرافن هنوز ناشناخته است، هر روز دانشمندان بيشتري به كار بر روي پروژه‌هاي آن علاقمند مي‌شوند. اكنون حدود 200 شركت به پژوهش بر روي گرافن مشغولند و فقط در سال 2010 تقريبا 3000 مقاله در مورد آن منتشر شده است.
فوايد آن براي شركت‌ها و مصرف‌كنندگان هم كاملا روشن است: ابزارهاي سريع‌تر و ارزان‌تر كه باريك‌تر و انعطاف‌پذيرترند. به اين فكر كنيد كه گوشي هوشمند خود را لوله كنيد و مانند مداد نجاران، پشت گوش بگذاريد!
اگر گرافن را با كاربردهاي امروزي پلاستيك مقايسه كنيم، بايد به انتظار روزي باشيم كه همه چيز، از پاكت ميوه گرفته تا لباس‌ها، ديجيتال شوند. كارت‌هاي ارتباطي آينده، توان پردازشي به اندازه موبايل‌هاي هوشمند امروزي خواهند داشت. گرافن مي‌تواند كاربردهاي كاملا جديدي در ابزارهاي الكترونيكي شفاف، انعطاف‌پذير و بسيار سريع‌تر از امروز پيدا كند. يك مثال از استفاده‌هاي ديگر آن مي‌تواند افزودن پودر گرافن به تايرها براي قوي‌تر كردن آنها باشد.
صفحهي مختصات گرافني
صفحهي مختصات كارتزين يا دكارتي معروف را ميشناسيد. اين صفحه، شبكهاي است كه از مربعهايي با طول و عرض واحد تشكيل شده است. در اين صفحه دو بردار يكهي i و j هريك به طول يك واحد وجود دارد كه توسط آنها مي‌توان از نقطهي مبدا به هر نقطهي ديگري مثل (nوm) رفت. اين كار با تعريف يك بردار به شكل k=mi+njامكان پذير ميگردد.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/163412381301334519024915815212681194422329.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/05/24874993416010510356391178621517119519972.gif)
صفحهي مختصات دكارتي؛ بردارهاي يكهي iو j هم اندازه و بر يكديگر عمود هستند
دستگاه مختصات كارتزين، يك دستگاه دو بعدي است كه در آن دو بردار يكهي ياد شده، هم اندازه بوده و بر يكديگر عمود هستند. اما بايد توجه داشت كه تمام دستگاههاي مختصات به اين شكل نيستند. بلكه مي‌توان دستگاه هايي را تعريف كرد كه در آن اندازهي بردارهاي يكه نابرابر و زاويهي بين آن دو مقدار ديگري باشد مانند صفحهي مختصات گرافني. صفحهي مختصات گرافني يك صفحهي دو بعدي متشكل از ششضلعيهاي منتظم مي باشد. اين صفحه يادآور شكل منظم كندوي زنبورهاي عسل است.
در اين صفحهيِ مختصاتِ دو بعدي، دو بردار يكهي هم اندازهي iو j را به طوري كه در تصوير نشان داده شده است، تعريف ميكنيم. زاويهي بين اين دو بردار برابر با 60° است. براي حركت روي اين صفحه ميتوانيم بردار C=mi+nj را تعريف نماييم. اين بردار را بردار كايرال ميناميم. به عنوان نمونه ما چند بردار دلخواه را با شروع از يك نقطه، به عنوان مبدا، در تصوير 4 رسم كرده‌ايم.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/7457221262312564234149235846081120233250.gif
بردارهاي يكهي i و j در صفحهي مختصات گرافني
http://img.tebyan.net/big/1390/05/25024576141022521175901081411862392124759.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/05/15420114618220117268218915825523866741138.gif)
بردارهاي كايرال c=4i+2j و c=i+3j در صفحهي مختصات گرافني
همچنين ميتوانيم زاويهي بين بردار كايرال و محور متناظر با بردار يكهي i را به عنوان زاويه كايرال كه مشخصهي راستاي بردار كايرال است در نظر بگيريم. اين زاويه در تصوير 5 نشان داده شده است. همانطور كه در آينده خواهيم ديد، اين زاويه يكي از مشخصههاي نانولولههاي كربني ميباشد.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/35154251141237212894320821414235224801800.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/05/19411024416525418590130163243159174781457255.gif)
زاويهي كايرال بين بردار c=4i+3j و محور مربوط به بردار يكهي i
ادامه دارد...
منبع: تبيان
گرافن را «ماده جادويي» قرن 21 مي‌نامند. اين ماده كه گفته مي‌شود محكم‌ترين ماده‌اي است كه تاكنون مورد مطالعه قرار گرفته، جايگزيني براي سيليكون است و خواص عجيب آن مانند بيشترين ميزان رسانايي الكتريكي در بين مواد شناخته شده، دنياي علم و رسانه‌ها) را تكان داده است .گرافن ماده اي منحصربه فرد با پايه‌ي كربني و دانسيته‌ي اتمي بالاست. تركيب غير عادي خواص آن نظير سختي و استحكام مكانيكي بسيار بالا، رسانايي الكتريكي و حرارتي بالا و قابل تنظيم، خصوصيات عالي نوري وسطحي است وازطريق عامل دار كردن شيميايي ،موردتوجه خاص محققان قرارگرفته است و اين حقيقت كه شيميدانان به سختي ميتوانند جايگزيني براي گرافن پيدا كنند، سبب شده كه اين ماده داراي كاربردهاي فراواني در نانوالكترونيك، پيلهاي خورشيدي و ابزارهاي ذخيره انرژي مثل باطري ها و ابرخازن‌ها باشد.
معرفي گرافن( Graphene)
اما گرافن‌چيست؟ جديدترين تعريفي كه براي گرافن ارائه شده اين است كه: گرافن ماده‌اي تخت و تك‌لايه متشكل از اتم‌هاي كربن است كه اين اتم‌ها در يك شبكه دوبعدي و كند‌و مانند به هم متصل شده‌اند و اين ساختاري است كه همه مواد گرافني در ابعاد ديگر نيز از آن تبعيت مي‌كنند.اين ماده داراي ضخامت يك اتم با ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد است ،كه به دليل ضخامت كم اين ماده را به عنوان باريك ترين ماده جهان نيز مي شناسند. درواقع گرافن اصطلاحي هست كه به نوارهاي بسيار نازكي از تك لايه هاي گرافيت گفته مي شود،اگر گرافيت را يك دفترچه از صفحات موازي در نظر بگيريم ،به هر ورق آن گرافن گفته مي شود.
همان طور كه مي دانيم گرافيت يكي از آلوتروپ هاي (اشكال)كربن است. يكي از راه هاي توليد گرافن اين است كه اينقدر لايه هاي گرافيت را از هم دور كنيم تا به گرافن تبديل شود. (ورقه ورقه كردن گرافيت )
همان طور كه گفتيم صفحات گرافن با كنار هم قرار گرفتن اتم‌هاي كربن تشكيل مي‌شوند. در يك صفحه گرافن، هر اتم كربن با 3 اتم كربن ديگر پيوند داده است. اين سه پيوند در يك صفحه قرار دارند و زواياي بين آنها با يكديگر مساوي و برابر با 120°است. در اين حالت، اتم‌هاي كربن در وضعيتي قرار ميگيرند كه شبكهاي از شش ضلعيهاي منتظم را ايجاد مي‌كنند. البته اين ايدهآلترين حالت يك صفحهي گرافن است. در برخي مواقع، شكل اين صفحه به گونهاي تغيير ميكند كه در آن پنجضلعيها و هفتضلعيهايي نيز ايجاد مي‌شود.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/2312149544219132201021817323249718331160.gif
ساختار اتمي صفحه گرافن: در اين تصوير اتم‌هاي كربن با نقاط سياه و پيوندها با نقطه چين نمايش داده شده‌اند.
در يك صفحه گرافن، هر اتم كربن يك پيوند آزاد در خارج از صفحه دارد. اين پيوند مكان مناسبي براي قرارگيري برخي گروههاي عاملي و هم چنين اتم‌هاي هيدروژن است. پيوند بين اتم‌هاي كربن در اينجا كوالانسي بوده و بسيار محكم است. بنابراين گرافن استحكام بسيار زيادي دارد .گفتيم گرافيت نيز كه يك مادهي كربني پر مصرف و شناخته شده است، از روي هم قرار لايههاي گرافن و تشكيل يك ساختار منظم تشكيل مي‌شود. اما همانطور كه ميدانيم، گرافيت بسيار نرم است.
به نظر شما دليل اين امر چيست؟
آنچه لايه هاي گرافن را روي يكديگر نگه ميدارد، پيوندهاي واندروالس بين آنهاست. اين پيوند بسيار ضعيف است. بنابراين لايههاي گرافن به راحتي ميتوانند روي هم بلغزند و به همين دليل گرافيت (نوك مداد سياه) نرم است.
گرافن سخت‌ترين و نازك‌ترين ماده‌اي است كه بشر تاكنون به‌آن دست يافته‌‌است. اين ماده با وجود اين‌كه ساختار متراكمي دارد، به علت ضخامت بسيار اندكش كه برابر با ضخامت يك اتم كربن است، نور را از خود عبور مي‌دهد و از شفافيت 97,3 درصد برخوردار است
گرافن سخت‌ترين و نازك‌ترين ماده‌اي است كه بشر تاكنون به‌آن دست يافته‌‌است. اين ماده با وجود اين‌كه ساختار متراكمي دارد، به علت ضخامت بسيار اندكش كه برابر با ضخامت يك اتم كربن است، نور را از خود عبور مي‌دهد و از شفافيت 97,3 درصد برخوردار است؛ همچنين آساني تهيه و رسانا بودن اين ماده و قابليت آن در عبور دادن گرما و جريان الكتريسيته آن‌را به گزينه‌اي جديد براي استفاده در پنل‌هاي نوري و كامپيوترها تبديل كرده‌است.شايد به همين دليل است كه از اين ماده در ساخت نمايشگرهاي لمسي بسيار ظريف و مقاوم استفاده خواهد شد.هم اكنون گرافن درحال نفوذ به كاربرد هاي الكترونيكي مي باشد وممكن است بزودي پايه واساس تجهيزات الكترونيكي را عوض كند.با استفاده از گرافن ،ساخت وسايل برقي كوچك،قابل انعطاف وكم هزينه ،ممكن خواهد بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/20514021623973524261843832244138224656.gif
در همين راستا، سامسونگ و آي‌بي ام از جمله شركت‌هايي هستند كه قصد دارند اين ماده نوظهور را به صورت كاربردي مورد استفاده قرار دهند.
جيمز هون، استاد مهندسي مكانيك دانشگاه كلمبيا مي‌گويد: "پژوهش‌هاي ما گرافن را به عنوان مستحكم‌ترين ماده شناخته شده تاكنون ثبت كرده است. گرافن 200 برابر قوي‌تر از فولاد است و براي اين كه يك مداد بتواند يك ورقه نازك گرافن را سوراخ كند، بايد وزن يك فيل را به آن اعمال كرد".
كاربردهاي متعدد گرافن حتي از خواصش نيز شگفت‌انگيزتر است. گرافن حتي يك ماده هم نيست، بلكه طيف بسيار گسترده‌اي از مواد است. از اين حيث مي‌توان آن را با پلاستيك مقايسه كرد. مي‌توان آن را در هر جايي به‌كار برد، از مواد كامپوزيت مثل فيبر كربني گرفته تا صنايع الكترونيك.
از آن‌جاكه خواص گرافن هنوز ناشناخته است، هر روز دانشمندان بيشتري به كار بر روي پروژه‌هاي آن علاقمند مي‌شوند. اكنون حدود 200 شركت به پژوهش بر روي گرافن مشغولند و فقط در سال 2010 تقريبا 3000 مقاله در مورد آن منتشر شده است.
فوايد آن براي شركت‌ها و مصرف‌كنندگان هم كاملا روشن است: ابزارهاي سريع‌تر و ارزان‌تر كه باريك‌تر و انعطاف‌پذيرترند. به اين فكر كنيد كه گوشي هوشمند خود را لوله كنيد و مانند مداد نجاران، پشت گوش بگذاريد!
اگر گرافن را با كاربردهاي امروزي پلاستيك مقايسه كنيم، بايد به انتظار روزي باشيم كه همه چيز، از پاكت ميوه گرفته تا لباس‌ها، ديجيتال شوند. كارت‌هاي ارتباطي آينده، توان پردازشي به اندازه موبايل‌هاي هوشمند امروزي خواهند داشت. گرافن مي‌تواند كاربردهاي كاملا جديدي در ابزارهاي الكترونيكي شفاف، انعطاف‌پذير و بسيار سريع‌تر از امروز پيدا كند. يك مثال از استفاده‌هاي ديگر آن مي‌تواند افزودن پودر گرافن به تايرها براي قوي‌تر كردن آنها باشد.
صفحهي مختصات گرافني
صفحهي مختصات كارتزين يا دكارتي معروف را ميشناسيد. اين صفحه، شبكهاي است كه از مربعهايي با طول و عرض واحد تشكيل شده است. در اين صفحه دو بردار يكهي i و j هريك به طول يك واحد وجود دارد كه توسط آنها مي‌توان از نقطهي مبدا به هر نقطهي ديگري مثل (nوm) رفت. اين كار با تعريف يك بردار به شكل k=mi+njامكان پذير ميگردد.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/163412381301334519024915815212681194422329.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/05/24874993416010510356391178621517119519972.gif)
صفحهي مختصات دكارتي؛ بردارهاي يكهي iو j هم اندازه و بر يكديگر عمود هستند
دستگاه مختصات كارتزين، يك دستگاه دو بعدي است كه در آن دو بردار يكهي ياد شده، هم اندازه بوده و بر يكديگر عمود هستند. اما بايد توجه داشت كه تمام دستگاههاي مختصات به اين شكل نيستند. بلكه مي‌توان دستگاه هايي را تعريف كرد كه در آن اندازهي بردارهاي يكه نابرابر و زاويهي بين آن دو مقدار ديگري باشد مانند صفحهي مختصات گرافني. صفحهي مختصات گرافني يك صفحهي دو بعدي متشكل از ششضلعيهاي منتظم مي باشد. اين صفحه يادآور شكل منظم كندوي زنبورهاي عسل است.
در اين صفحهيِ مختصاتِ دو بعدي، دو بردار يكهي هم اندازهي iو j را به طوري كه در تصوير نشان داده شده است، تعريف ميكنيم. زاويهي بين اين دو بردار برابر با 60° است. براي حركت روي اين صفحه ميتوانيم بردار C=mi+nj را تعريف نماييم. اين بردار را بردار كايرال ميناميم. به عنوان نمونه ما چند بردار دلخواه را با شروع از يك نقطه، به عنوان مبدا، در تصوير 4 رسم كرده‌ايم.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/7457221262312564234149235846081120233250.gif
بردارهاي يكهي i و j در صفحهي مختصات گرافني
http://img.tebyan.net/big/1390/05/25024576141022521175901081411862392124759.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/05/15420114618220117268218915825523866741138.gif)
بردارهاي كايرال c=4i+2j و c=i+3j در صفحهي مختصات گرافني
همچنين ميتوانيم زاويهي بين بردار كايرال و محور متناظر با بردار يكهي i را به عنوان زاويه كايرال كه مشخصهي راستاي بردار كايرال است در نظر بگيريم. اين زاويه در تصوير 5 نشان داده شده است. همانطور كه در آينده خواهيم ديد، اين زاويه يكي از مشخصههاي نانولولههاي كربني ميباشد.
http://img.tebyan.net/big/1390/05/35154251141237212894320821414235224801800.gif (http://www.tebyan.net/bigimage.aspx?img=http://img.tebyan.net/big/1390/05/19411024416525418590130163243159174781457255.gif)
زاويهي كايرال بين بردار c=4i+3j و محور مربوط به بردار يكهي i
ادامه دارد...
منبع: تبيان