Откуда берется графен, когда его называют «перевернутым»?

Слой графена содержит внутричерепные σ-связи и скрытые π-связи. Связь σ придает графену электронную проводимость и вызывает более слабые взаимодействия между слоями графена. Ковалентная связь σ образует жесткую главную цепь гексагональной структуры и оси C, то есть связь π контролирует связь между различными слоями графена. Он показывает 3 сигма-связи / атомы на одной поверхности и π-орбиталь, перпендикулярную сигма-связям / атомным поверхностям.

Давайте без лишних слов посмотрим, как вы получили эти физические свойства графена?

Тогда перейдем к деталям.

1 Проводимость

Ссылка: Крупномасштабный рост графеновых пленок для растягиваемых прозрачных электродов. (Nature457,706-710(5 февраля 2009) .|doi:10.1038/nature07719)

Новые электронные свойства графена заключаются в том, что он может выдерживать огромные токи. Связь π в графене дает графену электронную проводимость и вызывает более слабые взаимодействия между слоями графена. Носители в графене можно описать уравнением Дирака вместо уравнения Шредингера. Поскольку в сотовом кристалле есть две эквивалентные углеродные подрешетки, коническая валентная зона и направляющая полоса пересекаются в точках K и K0 в районе Бриллюэна на уровне Ферми. Эти некачественные фермионы обладают многими превосходными характеристиками. Графен представляет собой двумерный полупроводниковый материал с нулевой запрещенной зоной, который четко демонстрирует эффект биполярного электрического поля, квазичастицы и более длинный средний свободный пробег (микронный масштаб).

Кроме того, двумерная дисперсия энергии Дирака означает, что графен является полупроводниковым материалом с нулевой запрещенной зоной, плотность состояний которого линейно исчезает при приближении к уровню Ферми. Когда графен проводится, его электронная или дырочная концентрация достигает 10E13 см-2. Он показывает, что выдающаяся подвижность носителей составляет около 200 000 см2 / В. Такая высокая подвижность обусловлена идеальной решеткой графена в виде сот, которая позволяет электронам очень плавно проходить и контролировать ширину запрещенной зоны. Подобно полупроводникам, люди могут контролировать и регулировать движение электронов для получения желаемых результатов. Другими словами, графен нельзя использовать для проводимости, если он не может обеспечить энергию для усиления зазора между электронами, то есть между валентной зоной и зоной проводимости.

Здесь перечислите проводимость графена с помощью нескольких различных методов:

2 теплопроводность

Теплопроводность графена при температуре, близкой к комнатной, составляет от (4.84 ± 0.44) × 10 E3 до (5.30 ± 0.48) × 10 E3W / mK, 2008). Графен получают путем химического осаждения из паровой фазы показывает более низкое значение (<УНК> 2500W / мК) (Caietal., 2010).

Считается, что имеет определенный структурный тип, тип IE AA или AB; Количество слоев графена также влияет на его теплопроводность. Из-за высокой теплопроводности графена (из-за его сильных ковалентных связей CAC и рассеяния фононов безупречный чистый монослой графена может иметь теплопроводность до 5000 Вт / мК (Ballandineta, .2008) при комнатной температуре. (2008) считается важной частью электронного оборудования.

При комнатной температуре теплопроводность однослойного чистого графена намного выше, чем у других углеродных аллотропов, изученных ранее, например, углеродных нанотрубок (многослойные углеродные нанотрубки составляют 3000 Вт / мК (Kimetal., 2001), однослойные углеродные нанотрубки 3500 Вт / mK (Popetal., 2005). На теплопроводность влияет ряд факторов, таких как дефекты и краевое рассеяние (Nikaetal., 2009) и изотопное легирование (Jiangetal., 2010).

В общем, все эти факторы отрицательно влияют на проводимость, поскольку легирование приводит к локализации дефектов и фононных структур, что приводит к рассеянию фононов.

3 удельная поверхность

Ref. : Ультраконденсаторы на основе графена. (NanoLett., 2008, 8 (10), PP 3498 - 3502. | DOI: 10.1021 / NL 802558 Y)

Графен образует гексагональную структуру бензольного кольца с длиной стороны 0,142 нм и площадью 0,052 нм2. Таким образом, поверхностная плотность составляет 0,77 мг / м2, а удельная поверхность - 2630 м2 / Г.

4 модуля упругости

Ссылка: Измерение упругих свойств и внутренней прочности однослойного графа E. (science.2008Jul18; 321 (5887): 385-8. | Do i: 10.1126 / science.1157996.)

Согласно уравнению структуры графита Фойгта:

В формуле индексы 1 и 2 - это два основных направления внутри поверхности графена, а 3 - ее нормальное направление. Экспериментальные измерения: C11 = 1060 ГПа, C12 = 36,5 ГПа, C44 = 4 ГПа, C12 = 180 ГПа и C13 = 15 ГПа. С этого момента мы также можем видеть, что из-за сильной связи SP2 между атомами углерода модуль упругости на поверхности графита достигает 1ТПа.

Поскольку высокая степень анизотропии обусловлена слабым взаимодействием между графеном, которое обычно считается взаимодействием между силами Ван-дер-Ваальса или взаимодействием между π-электронами, экспериментально было определено, что модуль сдвига между слоями графена составляет 4Гпа, а Прочность на сдвиг составляла 0,08 МПа, что явно меньше механических свойств между атомами углерода.

В следующей таблице показаны механические свойства графена.

Физические свойства графена после окисления существенно изменились. Видно, что валентный угол COC в эпоксидной группе является первым изгибом, а атом кислорода перемещается в направлении поверхности графита, в результате чего образуется оксид графена с модулем Юнга 610 ГПа, что ниже, чем у графена 1060 ГПа. .

5 пропускание

Графен является прозрачным, и однослойный графен поглощает 2,3% π α <УНК> 2,3% белого света (97,7%) светло-проницаемость, & alpha; является постоянной тонкой структуры, а его стоимость составляет около ~ 1/37. Порядок и направление наложения влияют на оптические свойства графена; Таким образом, двухслойный графен демонстрирует новые интересные оптические свойства.

6 Химическая стабильность и реакционная способность

Высокая химическая стабильность графена обусловлена наличием мощных плоских гибридных связей SP2 в структуре сотовой сети. Химическая инерция графена может применяться для предотвращения окисления металлов и металлических сплавов. Chen et al. (Chenetal., (2011)) Графен был нанесен на медь и медь-никель с помощью технологии химического осаждения из паровой фазы, что впервые продемонстрировало антиоксидантные свойства графена. Графен обладает химической стабильностью и инерцией, которые, как ожидается, улучшат долговечность потенциальных оптоэлектронных устройств (Blakeetal., 2008).

7 Барьер

Таблетки графена обладают высокой степенью гибкости. Их можно растягивать, как воздушные шары, даже при вертикальном давлении в несколько атмосфер. Даже маленькие атомы, такие как гелий, не могут проникнуть через него. В некоторых источниках для блокировки диафрагмы используется оксид графена. Я только сейчас обнаружил, что графен должен быть получен из-за плохой дисперсии. В конце концов, графен обладает высокой пленкообразовательностью, а оксид графена гидрофильным. Водопоглощение и графен гидрофобен, лучше сопротивляется.

Страница содержит содержимое машинного перевода.