Grafenul

Carbonul este unul dintre acele elemente de pe Pamant cunoscute de noi inca din antichitate.Acesta este al patrulea cel mai abundent element din univers după hidrogen, heliu și oxigen și considerat a fi un ingredient esențial în toate formele de viata de pe Pamant. În corpul uman, acesta este al doilea cel mai abundant element (aproximativ 18%) după oxigen. Printre multe forme alotropice de carbon, grafitul și diamantul sunt cel mai bine cunoscute. Grafitul este opac și negricios la culoare în timp ce diamant este rigid si foarte transparent.

Carbon ne-a surprins din nou in 2004, cand oamenii de stiinta au fost capabili să facă un fulg subțire de grafit, cunoscut sub numele de grafen, doar de grosimea unui atom, dar 100 de ori mai puternic decât oțelul. In 2010 Premiul Nobel pentru Fizica a fost acordat unor oameni de stiinta rusi din Marea Britanie care lucrează la Universitatea din Manchester, Andre Geim și Konstantin Novoselov, pentru revolutionarele lor experimente cu privire la materialul numit grafen bidimensional. Grafen a fost prezent deghizat liniile desenate de fiecare copil la școală de mai mult de un secol, dar a fost doar abia"descoperit" în 2004.

Cei doi cercetători de la Universitatea din Manchester deveneau laureații Premiului Nobel pentru descoperierea grafenului, cel mai subțire dintre toate materialele care există în Univers. De la identificarea acestui material și până astăzi, oamenii de știință din diferite domenii i-au găsit numeroase utilizări acestui material versatil ce are potențialul să ne transforme viața în următoarele decenii.

Ce este grafenul?

Grafenul este compus în totalitate din carbon, la fel ca diamantul și cărbunele. Spre deosebire de aceste materiale, atomii de carbon ce formează grafenul sunt așezați în „fâșii” bidimensionale, făcând acest material extraordinar de rezistent și totodată flexibil.

Grafenul este cel mai subțire material identificat până acum - o „foaie” de grafen are o grosime de doar un atom, motiv pentru care oamenii de știință afirmă că este primul material 2D identificat de omenire. Grafenul este un conductor electric mai bun decât cuprul, fiind totodată de 300 de ori mai puternic decât oțelul și având proprietăți optice unice. De asemenea, deși este aproape transparent, grafenul este atât de dens încât nici heliul, cel mai mic atom de gaz, nu poate trece prin el.

Metoda prin care Andre Geim și Kostya Novoselov au obținut grafenul este una extrem de simplă: cei doi cercetători de la Universitatea din Manchester au aplicat o bandă adezivă peste o bucată de grafit, detașând din ea prin desprinderea benzii fulgi de grafit. Folosind alte bucăți de bandă adezivă, ei au dezlipit straturi succesive de grafit, subțiind fulgii. Apoi, banda adezivă a fost dizolvată în acetonă, iar stratul de grafit rezultat a fost lipit de o plăcuță de siliciu. Unii fulgi, măsurând doar un atom în grosime, s-au atașat de plăcuța de siliciu.

Grafitul este cunoscut mai ales ca materialul din care se fabrică mina de creion, fiind format din straturi de carbon suprapuse. Cercetătorii estimează că un milimetru de grafit este format din aproximativ trei milioane de straturi de grafen. Creioanele produc o dâră neagră atunci când scriem cu ele deoarece frecarea duce la dezlipirea unor fulgi de grafit.

Odată obținut, această simplă urmă lasatade vârful unui creion , vă oferi la mult mai multe lucruri interesante fata de LHC de la CERN. Fizica fundamental care stă la baza acestei descoperiri va fi mana in mana cu fizica particulelor de înaltă energie și relatatea de fizica materiei condensate. Acest nou material, mai subțire și mai puternic vreodată, surclasează toate celelalte materiale cunoscute pana in prezent. Grafenul are structura hexagonala si este atât de dens încât nici măcar atomii de heliu mici pot trece prin ea. Ceea ce face ca grafenul fata de alte materiale sa aiba proprietăți unice electrice si termice,aceste proprietati dandu-i numeroase aplicatii. În condiții normale, se dovedește a fi un excelent conductor de căldură și energie electrică și mobilitatea electronilor este de 100 de ori mai rapid decât la siliciu. Chiar și la temperaturi foarte scăzute, electronii din grafen nu încetinesc să acționeze ca și cum ar avea nu ar fi existat nici o schimbare te temperatura. Acest lucru înseamnă ca pur și simplu, grafenul nu isi pierde conductibilitatea electrica si termica, acest lucru transformandu-l într-un candidat ideal pentru materialele compozite. Din acest motiv, acesta poate fi folosit în mai multe domenii, de la sisteme de combustibil, baterii electrice, aeronave și automobile usoare, telefoane mobile la computere. Multi oameni de stiinta cred că datorită capacității sale de mare de stocare a energiei, grafenul,curând va fi succesorul semiconductorilor in tehnologie. Din aceste motive, grafenul a fost denumit ca "materialul minune" al secolului 21.Având în vedere proprietățile sale uluitoare, ne putem întreba de ce ne-a luat atât de mult timp pentru a descoperi grafen? Răspunsul este pur și simplu că nimeni nu a fost de fapt pregătit pentru a cerceta acest material simplu și aparent obișnuit. Mulți cercetători în trecut, au încercat să creeze straturi de grafen, dar acesta nu a fost stabil si au fost in imposibilitatea de a forma un strat de grafen perfect. Comportamentul electronic extraordinar al grafenului este un punct de plecare pentru bazele fizicii teoretice. Este potrivit de subțire, structura și conductivitate mare îl face un candidat potențial pentru a testa efectul Casimir. Importanta grafenului atrage tot mai mult atentia oamenilor de stiinta din diferite discipline. El si-a câștigat faima de "material de om sărac" trecand peste limitele economice ,deoarece importanta lui este foarte mare si nu necesita finantari deosebite precum acceleratoarele de particule.