Apa itu graphene dan apa yang boleh dilakukannya?

Sekiranya anda pernah berada di dekat jurnal sains dalam dekad yang lalu, anda akan menemui beberapa bentuk superlatif mengenai graphene - bahan ajaib dua dimensi yang menjanjikan untuk mengubah segalanya dari komputer menjadi biomedik.

Terdapat banyak gembar-gembur mengenai aplikasi graphene, berkat sebilangan besar sifat yang luar biasa. Ia 1 juta kali lebih nipis daripada rambut manusia tetapi 200 kali lebih kuat daripada besi. Ia fleksibel tetapi boleh bertindak sebagai penghalang yang sempurna, dan merupakan pengalir elektrik yang sangat baik. Gabungkan semua itu dan anda mempunyai bahan dengan banyak aplikasi berpotensi revolusioner.

Apa itu graphene?

Graphene adalah karbon, tetapi dalam kisi sarang lebah satu atom. Sekiranya anda mengikuti pelajaran kimia lama anda, anda akan ingat bahan yang terdiri sepenuhnya dari karbon boleh mempunyai sifat yang berbeza secara drastik, bergantung pada bagaimana atomnya disusun (alotrop berbeza). Grafit di plumbum pensil anda, misalnya, lembut dan gelap berbanding dengan berlian yang keras dan telus di cincin pertunangan anda. Struktur karbon buatan manusia tidak berbeza; Buckminsterfullerene berbentuk bola bertindak berbeza dengan susunan gelung nanotube karbon yang dililit.

Graphene terbuat dari kepingan atom karbon dalam kisi heksagon. Dari perkara di atas, bentuk grafit paling dekat, tetapi sedangkan bahan itu terbuat dari kepingan dua dimensi karbon yang dipegang lapisan demi lapisan oleh ikatan antar molekul yang lemah, graphene hanya setebal satu helai. Sekiranya anda dapat mengupas lapisan karbon satu atom tinggi atom dari grafit, anda akan mempunyai graphene.mata pensil

Ikatan intermolekul yang lemah dalam grafit menjadikannya lembut dan tidak stabil, tetapi ikatan karbon itu sendiri kuat. Ini bermaksud lembaran yang hanya terdiri daripada ikatan karbon itu kuat - kira-kira 200 kali lebih banyak daripada keluli terkuat, dan pada masa yang sama fleksibel dan telus.

Graphene telah berteori untuk waktu yang lama, dan secara tidak sengaja dihasilkan dalam jumlah kecil selama orang menggunakan pensil grafit. Pengasingan dan penemuan utamanya, bagaimanapun, disusun pada karya Andre Geim dan Konstantin Novoselov, pada tahun 2014 di University of Manchester. Kedua saintis itu dilaporkan mengadakan "eksperimen malam Jumaat", di mana mereka akan menguji idea di luar pekerjaan mereka sehari-hari. Dalam salah satu sesi ini, para penyelidik menggunakan pita scotch untuk menghilangkan lapisan karbon nipis dari segumpal grafit. Hasil penyelidikan perintis ini akhirnya menghasilkan pengeluaran graphene secara komersial.

Setelah mereka memenangi Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 2010, Geim dan Novoselov menyumbangkan dispenser kaset itu ke Muzium Nobel.

Untuk apa graphene boleh digunakan?

Satu perkara penting yang perlu diberi perhatian ialah para saintis sedang mengembangkan pelbagai jenis bahan berdasarkan graphene. Ini bermaksud mungkin lebih baik memikirkan “graphenes”, dengan cara yang sama seperti kita memikirkan plastik. Pada asasnya, kedatangan graphene mempunyai ruang lingkup untuk membawa kepada kategori bahan yang baru, bukan hanya satu bahan baru.

Lihat yang berkaitan Apa itu pergolakan? Menyingkap salah satu soalan berjuta-juta fizik 'Hujan berlian' yang terdapat di Uranus telah dibuat semula di Bumi - dan ini dapat membantu menyelesaikan krisis tenaga kita yang semakin meningkat

Dari segi aplikasi, penelitian sedang dilakukan di berbagai bidang seperti biomedik dan elektronik hingga perlindungan tanaman dan kemasan makanan. Sebagai contoh, dapat mengubah sifat permukaan graphene, dapat menjadikannya bahan yang luar biasa untuk penyampaian ubat, sementara kekonduksian dan fleksibiliti bahan tersebut dapat menandakan generasi baru litar skrin sentuh atau peranti yang dapat dilipat.

Fakta bahawa graphene mampu membentuk penghalang sempurna terhadap cecair dan gas bermakna ia juga dapat digunakan dengan bahan lain untuk menyaring sebilangan sebatian dan unsur - termasuk helium, yang merupakan gas yang sangat sukar untuk disekat. Ini memiliki berbagai aplikasi ketika datang ke industri, tetapi juga terbukti sangat berguna untuk keperluan lingkungan sekitar penyaringan air.

Sifat-sifat multifungsi graphene membuka pintu kepada sejumlah besar penggunaan komposit. Walaupun banyak pemikiran telah membahas bagaimana ia dapat meningkatkan teknologi yang sudah ada, kemajuan terus menerus di lapangan akhirnya akan membawa ke bidang baru yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan. Mungkinkah kita melihat kelas kejuruteraan aeroangkasa yang baru muncul? Bagaimana dengan implan optik augmented reality? Dari rupa, abad ke-21 adalah ketika kita akan mengetahui.