Apa perbedaan antara graphene dan grafit?
Unsur kimia yang luar biasa, karbon adalah salah satu yang dengan mudah duduk di nomor 6 dalam kelompok keempat belas periode kedua dari tabel periodik unsur kimia. Sejak zaman kuno, orang telah mengenal intan dan grafit, dua dari lebih dari sembilan modifikasi alotropik unsur ini telah ditemukan hingga saat ini. Omong-omong, itu adalah karbon yang memiliki jumlah modifikasi alotropik terbesar, dibandingkan dengan zat lain, yang dikenal dalam sains modern.
Alotropi menyiratkan kemungkinan adanya unsur kimia yang sama di alam dalam bentuk dua atau lebih zat sederhana, yang disebut bentuk alotropik atau modifikasi alotropik, yang menyebabkan perbedaan pada zat tersebut baik dalam struktur maupun sifat. Jadi, karbon memiliki 8 bentuk dasar seperti: intan, grafit, lonsdaleit, fullerene (C60, C540 dan C70), karbon amorf dan nanotube berdinding tunggal.
Di antara bentuk-bentuk karbon ini terdapat sifat dan karakter yang sangat berbeda: zat lunak dan keras, transparan dan buram, murah dan mahal. Namun, mari kita bandingkan dua modifikasi karbon yang serupa — grafit dan graphene.
Kita semua akrab dengan grafiti sejak sekolah.Ujung pensil biasa persis grafit. Ini cukup lembut, licin dan berminyak saat disentuh, kristal adalah pelat, lapisan atom terletak satu di atas yang lain, oleh karena itu ketika digosok, misalnya, di atas kertas, serpihan individu dari struktur kristal berlapis grafit mudah terkelupas. , meninggalkan jejak gelap yang khas pada kertas.
Grafit menghantarkan arus listrik dengan baik, hambatannya rata-rata 11 Ohm * mm2 / m, tetapi konduktivitas grafit tidak sama karena anisotropi alami kristalnya. Jadi, konduktivitas di sepanjang bidang kristal ratusan kali lebih tinggi daripada konduktivitas di bidang ini. Kepadatan grafit adalah dari 2,08 hingga 2,23 g / cm3.
Di alam, grafit terbentuk pada suhu tinggi di batuan beku dan vulkanik, di skarn dan pegmatit. Ini terjadi pada urat kuarsa dengan mineral dalam endapan polimetalik suhu menengah hidrotermal. Ini tersebar luas di batuan metamorf.
Jadi, sejak 1907, cadangan grafit serpihan alam terbesar di dunia telah dikembangkan di pulau Madagaskar. Pulau ini terdiri dari batuan metamorf Prakambrium yang muncul ke permukaan di medan pegunungan dengan tanda hipsometrik setinggi 4.000-4.600 kaki. Grafit ditemukan di sini dalam sabuk sepanjang 400 mil dan mendominasi pegunungan di bagian timur tengah pulau.
Graphene, tidak seperti grafit, tidak memiliki struktur kristal massal; ia menampilkan kisi kristal heksagonal dua dimensi, hanya setebal satu atom. Dalam modifikasi alotropik seperti itu, karbon sama sekali tidak terjadi secara alami, tetapi secara teoritis dapat diperoleh secara artifisial. Kita dapat mengatakan bahwa sebuah bidang yang sengaja dipisahkan dari struktur kristal massal berlapis-lapis dari grafit akan menjadi graphene ini.
Para ilmuwan awalnya tidak dapat memperoleh graphene dalam bentuk film dua dimensi sederhana, karena ketidakstabilan materi dalam bentuk ini. Namun, pada substrat silikon oksida (karena ikatan dengan lapisan dielektrik), masih mungkin untuk mendapatkan graphene setebal satu atom: pada tahun 2004, ilmuwan Rusia Andrey Geim dan Konstantin Novoselov dari University of Manchester menerbitkan laporan di Science mendapatkan graphene dengan cara ini.
Dan bahkan saat ini, metode sederhana untuk mendapatkan graphene untuk penelitian, seperti pengelupasan mekanis lapisan tunggal karbon dari kristal grafit curah menggunakan pita perekat (dan metode serupa), dibenarkan.
Para peneliti percaya bahwa berkat kemajuan mereka, kelas baru nanoelektronika berbasis graphene akan segera muncul, di mana transistor efek medan akan memiliki ketebalan kurang dari 10 nm. Faktanya adalah mobilitas elektron dalam graphene sangat tinggi (10.000 cm2 / V * s) sehingga tampaknya menjadi alternatif silikon konvensional yang paling menjanjikan saat ini.
Mobilitas pembawa yang tinggi adalah kemampuan elektron dan lubang untuk merespons dengan sangat cepat terhadap efek medan listrik yang diterapkan, dan ini sangat penting untuk transistor efek medan, unit operasi dasar elektronik modern.
Ada juga prospek pembuatan berbagai sensor biologi dan kimia, serta film tipis untuk perangkat fotovoltaik dan layar sentuh. Terlepas dari semua ini, konduktivitas termal graphene 10 kali lebih tinggi daripada tembaga, dan kriteria ini selalu sangat penting untuk elektronik.