почему графема получила Нобелевскую премию по физике в 2010 году?

Помимо алмаза и графита, углерод существует в самом известном природном «элементе с разными кристаллами». В конце 20-го века люди открыли новый захватывающий углеродный элемент с другим кристаллом!

Новый и другой кристалл углерода, включающий графему толщиной всего в один атом, известный как графема. А также различные формы фуллеренов. Фуллерены - это атомы углерода всех видов больших молекул, включая полый шар, овальный шар и трубки. Все эти материалы обладают волшебными характеристиками - они лучше, чем медь, по проводимости по прочности выше, чем у стали, и по доле меньше, чем у алюминия.

графема

Графит - один из самых мягких минералов, обнаруженных еще в 15 веке. Британцы будут делать из графитового порошка, смешанного с глиной, "карандаш" для деревянных духовых инструментов, который используется сегодня.

Только в 1779 году ученые узнали, что графит является одним из видов элементарного углерода.

Графит представляет собой слоистую структуру, атомы углерода расположены в слое среза в шесть квадратных решеток. Каждый атом углерода находится в трех ковалентных связях с другими атомами углерода (рис. 1), таким образом, каждый атом углерода из четырех внешних электронов имеет электронный избыток, становится свободными электронами, может быть в равной деятельности. При относительно слабой молекулярной реакции между ламелями, сложенными, могут относительно скользить. Поэтому у графита хорошая электропроводность и очень низкая твердость.

Графем представляет собой слой графита, это идеальная плоскость, толщина - размер атома углерода. На этой плоскости шесть атомов углерода расположены в квадратной решетке (рисунок 1), расстояние между двумя соседними атомами углерода составляет 0,14 нм.

2010 Нобелевская премия по физике: что такое графема?

Поскольку каждый атом углерода из четырех внешних электронов из трех закреплен ковалентной связью, оставшиеся становятся свободными электронами, поэтому графема в своей плоскости имеет двумерное направление электропроводности.

Графем - это самый прочный материал, известный человеку, его прочность на растяжение превышает прочность стали более чем в 200 раз.

фуллерен

Фуллерен - это полый шар, овальный шар с атомами углерода или трубки.

Наиболее распространенным углеродным фуллереном является 60 (C60), также известный как баки-шары, он состоит из 60 атомов углерода, расположенных в шестиугольнике и пятиугольнике, составляет, выглядит как «футбольный мяч» (рис. 2). космос, также недавно обнаруженный в саже.

2010 Нобелевская премия по физике: что такое графема?

Фуллерен C60, у него не только много более крупных версий, таких как C70, C84, даже C540!

Люди обнаружили, что молекулы фуллерена шаровидные или клеточная структура открылась на внешнюю поверхность, а внутри пусто, возможно введение других веществ внутри сферы, это может значительно изменить физические и химические свойства молекул фуллерена.

Например, некоторые лекарства в C60 внутри сферической полости становятся лекарством с медленным высвобождением во все части тела. C60 для борьбы с ВИЧ / СПИДом принес луч зари, химическая структура связи C60 в форме футбольного мяча, может быстро соединяться с ВИЧ. вирус, уменьшающий токсины и останавливающий распространение вируса ВИЧ, что будет способствовать развитию биотехнологических фармацевтических компаний для разработки новых препаратов углерода 60. Химики пытались сделать этот изоляционный материал из всех видов металлов сверхпроводимостью, ученые предсказывают C540 возможность сверхпроводимости при комнатной температуре. Фуллерены в одномолекулярных наноэлектронных устройствах имеют широкую перспективу применения

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки представляют собой трубчатую форму фуллеренов, их также можно рассматривать как кусок скрученной бесшовной трубки из графема (рис. 3).

2010 Нобелевская премия по физике: что такое графема?

Одиночные углеродные нанотрубки известны человеку одной из самых высоких по прочности и жесткости.

Только одномерные проводящие углеродные нанотрубки, известные как молекулярные проволоки.

Обычно состоит из нескольких реально произведенных углеродных нанотрубок и десятков коаксиальных однослойных углеродных нанотрубок, диаметром от нуля от нескольких нанометров до десятков нанометров, длиной от нескольких миллиметров (рисунок 4).

Как однослойные, так и многослойные углеродные нанотрубки, передняя и задняя части имеют одинаковую полусферическую форму, структура в основном аналогична половине C60, поэтому целые трубки становятся закрытой структурой. Следовательно, углеродные нанотрубки и углеродный элемент с разными членами семейства кристаллов.

2010 Нобелевская премия по физике: что такое графема?

Только треть стали, доля углеродных нанотрубок и прочность на разрыв стали могут быть достигнуты более чем в 100 раз, проводящая способность меди более чем в 1000 раз, а свойства как металла, так и полупроводника являются отличными. широкий спектр применения.

Использование углеродных нанотрубок может быть превращено в высокопрочный углеродный волокнистый материал и композитный материал, его прочность на сталь в 100 раз, вес составляет всего 1/6 от стали, что известно ученым как будущее суперволокна;

В космосе использование углеродных нанотрубок, сделанных спутником буксирной веревки, может не только обеспечивать питание спутника, но также может выдерживать высокие температуры и не сгореть;

Использование металлического наполнения углеродных нанотрубок, а затем урон от коррозии углеродного слоя, может быть очень хорошими проводящими характеристиками наноразмерных проводов;

Углеродные нанотрубки используются в качестве ионно-литиевых батарей. Положительные и отрицательные материалы могут быть расширены. Срок службы батареи, улучшение заряда и разряда батареи;

Использование углеродных нанотрубок в качестве превосходного блеска, лихорадки, запуска электроники вовремя источника света и изготовления, например, плоского дисплея, сделало возможным подвешивание телевизора;

В электронной промышленности, с транзисторами на углеродных нанотрубках, объем которых составляет всего около 1/10 объема полупроводника, молекулярное электронное устройство на углеродной основе, заменяющее компьютерный чип, вызовет новую революцию компьютеров, 20-30 лет для скорости работы емкость запоминающих устройств может быть в сотни тысяч раз выше, чем у существующих компьютерных квантовых компьютеров;

Страница содержит содержимое машинного перевода.