Woher kommt Graphen, wenn es "verkehrt herum" heißt?

Die Graphenschicht enthält intrakranielle σ-Bindungen und nicht sichtbare π-Bindungen. Die σ-Bindung ergibt die elektronische Leitfähigkeit von Graphen und erzeugt schwächere Wechselwirkungen zwischen Graphenschichten. Die kovalente σ-Bindung bildet eine starre Hauptkette mit hexagonaler Struktur und C-Achse, dh die π-Bindung steuert die Assoziation zwischen verschiedenen Graphenschichten. Es zeigt 3 Sigma-Bindungen / Atome auf einer Oberfläche und ein π-Orbital senkrecht zu Sigma-Bindungen / Atomoberflächen.

Mal sehen, wie Sie ohne weiteres zu diesen physikalischen Eigenschaften von Graphen gekommen sind?

Dann gehen wir ins Detail.

1 Leitfähigkeit

Ref.:Großes Schuppenmusterwachstum von Graphenefilmen für dehnbare transparente Elektroden.(Nature457,706-710(5February2009).|doi:10.1038/nature07719)

Die neuartigen elektronischen Eigenschaften von Graphen sind, dass es große Ströme aufrechterhalten kann. Die π-Bindung in Graphen verleiht Graphen eine elektronische Leitfähigkeit und erzeugt schwächere Wechselwirkungen zwischen Graphenschichten. Die Träger in Graphen können durch die Dirac-Gleichung anstelle der Schrödinger-Gleichung beschrieben werden. Da der Wabenkristall zwei äquivalente Kohlenstoffuntergitter enthält, schneiden sich das konische Valenzband und das Führungsband an den Punkten K und K0 im Brillouin-Distrikt auf Fermi-Ebene. Diese Fermionen ohne Qualität zeigen viele überlegene Eigenschaften. Graphen ist ein zweidimensionales Halbleitermaterial mit einer Bandlücke von null, das den bipolaren elektrischen Feldeffekt, Quasiteilchen und einen längeren durchschnittlichen freien Pfad (Mikrometer-Skala) deutlich zeigt.

Darüber hinaus bedeutet die zweidimensionale Dirac-Energiedispersion, dass Graphen ein Halbleitermaterial ohne Bandlücke ist, dessen Zustandsdichte bei Annäherung an das Fermi-Niveau linear verschwindet. Wenn Graphen geleitet wird, beträgt seine Elektronen- oder Lochkonzentration so hoch wie 10E13cm-2. Es zeigt, dass die hervorragende Trägermobilität etwa 200.000 cm2 / V beträgt. Diese hohe Mobilität ist auf das perfekte Graphen-Wabengitter zurückzuführen, das es Elektronen ermöglicht, sehr reibungslos zu passieren und ihre Bandlücken zu kontrollieren. Wie bei Halbleitern können Menschen die Bewegung von Elektronen steuern und regulieren, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Mit anderen Worten, Graphen kann nicht zur Leitung verwendet werden, es sei denn, es kann Energie liefern, um die Lücke zwischen Elektronen, dh zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband, zu verstärken.

Listen Sie hier die Leitfähigkeit von Graphen unter verschiedenen Techniken auf:

2 Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit von Graphen bei nahezu Raumtemperatur liegt zwischen (4,84 ± 0,44) × 10 E3 und (5,30 ± 0,48) × 10 E3W / mK, 2008). Graphene hergestellt durch chemische Dampfabscheidung zeigt ein niedrigerer Wert (<UNK> 2500W / mK) (Caietal., 2010).

Es wird angenommen, dass es einen bestimmten Strukturtyp hat, IE AA- oder AB-Typ; Die Anzahl der Graphenschichten beeinflusst auch die Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Graphen (aufgrund seiner starken kovalenten CAC-Bindungen und Phononenstreuung kann die makellose reine Graphen-Monoschicht bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 5000 W / mK (Ballandineta, .2008) aufweisen. (2008) wird als wichtiger Bestandteil elektronischer Geräte angesehen.

Bei Raumtemperatur ist die Wärmeleitfähigkeit von reinem Monoschicht-Graphen viel höher als die anderer zuvor untersuchter Kohlenstoff-Allotrope, beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhren (mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren sind 3000 W / mK (Kimetal., 2001), einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren 3500 W / mK (Popetal., 2005). Die Wärmeleitfähigkeit wird durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst, wie z. B. Defekte und Kantenstreuung (Nikaetal., 2009) und Isotopendotierung (Jiangetal., 2010).

Im Allgemeinen wirken sich alle diese Faktoren nachteilig auf die Leitfähigkeit aus, da die Dotierung zur Lokalisierung von Defekten und Phononenmustern führt, was zu einer Phononenstreuung führt.

3 spezifische Oberfläche

Ref. : Graphenbasierte Ultrakondensatoren. (NanoLett., 2008, 8 (10), PP 3498 - 3502. | DOI: 10.1021 / NL 802558 Y)

Graphen bildet eine hexagonale Benzolringstruktur mit einer Seitenlänge von 0,142 nm und einer Fläche von 0,052 nm2. Daher beträgt die Oberflächendichte 0,77 mg / m² und die spezifische Oberfläche 2630 m² / G.

4 Elastizitätsmodul

Ref.: Messung der elastischen Eigenschaften und der Eigenfestigkeit des Monoschichtgraphen E. (science.2008Jul18; 321 (5887): 385-8. | Do i: 10.1126 / science.1157996.)

Nach der Voigt-Graphitstrukturgleichung:

In der Formel sind die Indizes 1 und 2 die beiden Hauptrichtungen innerhalb der Graphenoberfläche, und 3 ist ihre normale Richtung. Die experimentellen Messungen waren C11 = 1060 Gpa, C12 = 36,5 Gpa, C44 = 4 Gpa, C12 = 180 Gpa und C13 = 15 Gpa. Von diesem Moment an können wir auch sehen, dass aufgrund der starken SP2-Bindung zwischen Kohlenstoffatomen der Elastizitätsmodul in der Graphitoberfläche so hoch wie 1Tpa ist.

Da der hohe Grad an Anisotropie auf die schwache Wechselwirkung zwischen Graphen zurückzuführen ist, die üblicherweise als Wechselwirkung zwischen Van-der-Waals-Kräften oder der Kopplung zwischen π-Elektronen angesehen wird, wurde der Schermodul zwischen Graphenschichten experimentell zu 4 Gpa bestimmt Die Scherfestigkeit betrug 0,08 MPa, offensichtlich weniger als die mechanischen Eigenschaften zwischen Kohlenstoffatomen.

Die folgende Tabelle zeigt die mechanischen Eigenschaften von Graphen

Die physikalischen Eigenschaften von Graphen nach Oxidation haben sich erheblich verändert. Es ist ersichtlich, dass der COC-Bindungswinkel in der Epoxygruppe die erste Biegung ist und sich das Sauerstoffatom in Richtung der Graphitoberfläche bewegt, was zu einem Oxidgraphen mit einem Elastizitätsmodul von 610 Gpa führt, das niedriger als das von Graphen 1060 Gpa ist .

5 Durchlässigkeit

Graphene ist transparent, und einlagige Graphene absorbiert 2,3% π α <UNK> 2,3% aus weißem Licht (97,7% Lichtdurchlässigkeit), α ist eine Feinstrukturkonstante, und sein Wert ist etwa ~ 1/37. Die Stapelreihenfolge und -richtung beeinflussen die optischen Eigenschaften von Graphen; Doppelschicht-Graphen weist daher neue und interessante optische Eigenschaften auf.

6 Chemische Stabilität und Reaktivität

Die hohe chemische Stabilität von Graphen beruht auf dem Vorhandensein starker SP2-Hybridbindungen in der Ebene in der Honeycomb-Netzwerkstruktur. Die chemische Trägheit von Graphen kann angewendet werden, um die Oxidation von Metallen und Metalllegierungen zu verhindern. Chen et al. (Chenetal., (2011) Graphen wurde mit chemischer Gasphasenabscheidungstechnologie auf Kupfer und Kupfer-Nickel plattiert, wodurch erstmals die antioxidativen Eigenschaften von Graphen demonstriert wurden. Graphen weist die chemische Stabilität und Trägheit auf, die sich voraussichtlich verbessern wird die Haltbarkeit potenzieller optoelektronischer Bauelemente (Blakeetal., 2008).

7 Barriere

Graphen-Tabletten weisen ein hohes Maß an Flexibilität auf. Sie können wie Ballons gedehnt werden, auch unter dem vertikalen Druck mehrerer Atmosphären. Selbst kleine Atome wie Helium können es nicht durchdringen. In einigen Literaturstellen wird Graphenoxid verwendet, um das Diaphragma zu blockieren. Ich habe erst jetzt entdeckt, dass Graphen wegen schlechter Dispersion hergestellt werden muss. Immerhin hat Graphen eine hohe Filmbildung und Graphenoxid ist hydrophil. Wasseraufnahme und Graphen ist hydrophob, bessere Beständigkeit.

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