Графен | една от формите на въглерода
Графенът е една от формите на въглерода. Подобно на диамантите и графита, формите (или "алотропите") на въглерода имат различна кристална структура и това им придава различни свойства. Графенът е основната 2D (двуизмерна) форма на редица 3D алотропи, като графит, въглен, фулерен и въглеродни нанотръби.
Терминът графен е създаден като комбинация от графит и наставката "-ен" от Ханс-Петер Бьом, който през 1962 г. описва еднослойно въглеродно фолио. Графенът прилича на структура на пчелна пита или "пилешка тел", изградена от въглеродни атоми и техните връзки. Графитът представлява много графенови листове, подредени един върху друг.
Дебелината на три милиона графенови листа, подредени така, че да образуват графит, е само един милиметър.
Нобеловата награда за физика за 2010 г. е присъдена на сър Андре Гейм и сър Константин Новоселов "за новаторски експерименти, свързани с двуизмерния материал графен".
Графеновите суперкондензатори са сред възможните приложения.
Графенът е решетка от въглеродни атоми с атомни мащаби, наречена "пчелна пита".
Графенов оксид
Международен екип от Университета в Манчестър изработва мембрана от графенов оксид. Те показват, че тя блокира много газове и течности, но пропуска вода. Сър Андре Гейм заяви: "Хелиевият газ е труден за спиране. Той бавно изтича дори през стъкло на прозорец с дебелина милиметър, но нашите ултратънки филми го блокират напълно. В същото време водата се изпарява безпрепятствено през тях. Материалите не могат да се държат по-странно".
Последна идея
Мембраните от графен ще бъдат доста добри предпазители от куршуми. Изследванията показват, че слой с дебелина на атом поглъща удара по-добре от стомана. Изследователският екип предполага, че комбинирането на графен с един или повече допълнителни материали за образуване на композит може да бъде пътят напред.
Графенови батерии
1. Вътрешна структура
Вътрешната структура на графеновата батерия е доста подобна на тази на стандартната литиево-йонна батерия. Има 2 електрода и електролитен разтвор, който позволява протичането на заряда. Разликата е, че единият от електродите в батериите, базирани на графен, най-вече катодът, е заменен с хибриден композитен материал (твърдотелен метал + графен), използван вместо стандартен твърдотелен метал
2. Предимства
По-малка и по-тънка батерия: Графенът, който е двуизмерен материал, представлява само един слой атоми. За да разберете това по-добре, когато подредите 3 милиона слоя графен, ще получите дебелина 1 mm. Това означава, че графенът ще позволи смартфоните да бъдат по-тънки от всякога и ще осигури повече място за допълнителна електроника и ще позволи поставянето на батерии с по-голям капацитет.
По-голям капацитет: Графенът има по-голям енергиен капацитет при същия размер в сравнение с литиево-йонните батерии. Докато за литиево-йонните батерии е известно, че съхраняват до 180 Wh на килограм, батериите, базирани на графен, могат да съхраняват до 1000 Wh на килограм. Така че един и същ размер на графеновия акумулатор има по-голям капацитет на зареждане от литиево-йонните или други често използвани акумулатори.
По-бързо време за зареждане: Графенът е отличен проводник на електричество. Неговата двуизмерна структура на пчелна пита не оказва никакво съпротивление на потока от електрони. Така той може да се зарежда бързо и също така да осигурява по-голяма издръжливост в сравнение с литиево-йонните батерии.
Графенови патенти
Изобретяването на графена доведе до много патенти за практическото му приложение. През 2013 г. резултатът е:
- Китайски организации: 2 204
- Юридически лица от САЩ: 1,754
- Южнокорейски дружества: 1,160
- Субекти от Обединеното кралство: 54
Южнокорейският гигант в областта на електрониката Samsung се откроява като компанията с най-много патенти за графен на свое име.
Въпроси и отговори
В: Какво е графен?
О: Графенът е една от формите на въглерода, с двуизмерна структура на пчелна пита или "пилешка тел", съставена от въглеродни атоми и техните връзки.
В: Как графенът е свързан с графита?
О: Графитът е много графенови листове, подредени един върху друг - три милиона графенови листа, подредени така, че да образуват графит, биха били дебели само един милиметър.
В: Кой е автор на термина "графен"?
О: Терминът "графен" е създаден през 1962 г. от Ханс-Петер Бьом като комбинация от графит и наставката "-ен".
В: За какво сър Андре Гейм и сър Константин Новоселов получиха Нобелова награда за физика за 2010 г.?
О: Сър Андре Гейм и сър Константин Новоселов получиха Нобеловата награда за физика за 2010 г. "за революционни експерименти, свързани с двуизмерния материал графен".
В: Какви са някои от възможните приложения на графена?
О: Възможните приложения на графена включват суперкондензатори.
В: Какви други форми или алотропи има въглеродът освен графена?
О: Други форми или алотропи на въглерода освен графена включват диаманти, графит, дървени въглища, фулерен и въглеродни нанотръбички.
