Page Rank اعزام به دوره های فشرده آموزش زبان انگلیسی در کالج زبان لندن شعبه کوالالامپور
[خانه] [انجمن فیزیکدانان جوان ایران] [چت روم هوپا] [درباره ما] [سفارش آگهی] [تماس با ما] [ورود] [عضویت]
جستجو :

گرافن، جادوی قرن بیست‌ و یکم (1)

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

گرافن را «ماده جادویی» قرن 21 می‌نامند. این ماده که گفته می‌شود محکم‌ترین ماده‌ای است که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته، جایگزینی برای سیلیکون است و خواص عجیب آن مانند بیشترین میزان رسانایی الکتریکی در بین مواد شناخته شده، دنیای علم و رسانه‌ها) را تکان داده است .گرافن ماده ای منحصربه فرد با پایه‌ی کربنی و دانسیته‌ی اتمی بالاست. ترکیب غیر عادی خواص آن نظیر سختی و استحکام مکانیکی بسیار بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و قابل تنظیم، خصوصیات عالی نوری وسطحی است وازطریق عامل دار کردن شیمیایی ،موردتوجه خاص محققان قرارگرفته است و این حقیقت که شیمیدانان به سختی میتوانند جایگزینی برای گرافن پیدا کنند، سبب شده که این ماده دارای کاربردهای فراوانی در نانوالکترونیک، پیلهای خورشیدی و ابزارهای ذخیره انرژی مثل باطری‌‌‌ ‌ها و ابرخازن‌ها باشد.

 معرفی گرافن( Graphene)

اما گرافن‌چیست؟ جدیدترین تعریفی که برای گرافن ارائه شده این است که: گرافن ماده‌ای تخت و تک‌لایه متشکل از اتم‌های کربن است که این اتم‌ها در یک شبکه دوبعدی و کند‌و مانند به هم متصل شده‌اند و این ساختاری است که همه مواد گرافنی در ابعاد دیگر نیز از آن تبعیت می‌کنند.این ماده دارای ضخامت یک اتم با ویژگی‌های منحصربه‌فرد است ،که به دلیل ضخامت کم این ماده را به عنوان باریک ترین ماده جهان نیز می شناسند. درواقع گرافن اصطلاحی هست که به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه های گرافیت گفته می شود،اگر گرافیت را یک دفترچه از صفحات موازی در نظر بگیریم ،به هر ورق آن گرافن گفته می شود.

همان طور که می دانیم گرافیت یکی از آلوتروپ های (اشکال)کربن است. یکی از راه های تولید گرافن این است که اینقدر لایه های گرافیت را از هم دور کنیم تا به گرافن تبدیل شود. (ورقه ‌ورقه کردن گرافیت )

همان طور که گفتیم صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120°است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند. البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ای تغییر می‏کند که در آن پنج‌ضلعی‏ها و هفت‌ضلعی‏هایی نیز ایجاد می‏شود.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

ساختار اتمی صفحه گرافن: در این تصویر اتم‏های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏اند.

در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد. این پیوند مکان مناسبی برای قرارگیری برخی گروه‏های عاملی و هم چنین اتم‏های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏های کربن در اینجا کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد .گفتیم گرافیت نیز که یک ماده‏ی کربنی پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار لایه‏های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می‏شود. اما همانطور که می‏دانیم، گرافیت بسیار نرم است.

به نظر شما دلیل این امر چیست؟

آنچه لایه‏ های  گرافن را روی یکدیگر نگه می‏دارد، پیوندهای واندروالس بین آن‏هاست. این پیوند بسیار ضعیف است‏. بنابراین لایه‏های گرافن به راحتی می‏توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گرافیت (نوک مداد سیاه) نرم است.

گرافن سخت‌ترین و نازک‌ترین ماده‌ای است که بشر تاکنون به‌آن دست یافته‌‌است. این ماده با وجود این‌که ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور می‌دهد و از شفافیت 97,3 درصد برخوردار است

گرافن سخت‌ترین و نازک‌ترین ماده‌ای است که بشر تاکنون به‌آن دست یافته‌‌است. این ماده با وجود این‌که ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور می‌دهد و از شفافیت 97,3 درصد برخوردار است؛ همچنین آسانی تهیه و رسانا بودن این ماده و قابلیت آن در عبور دادن گرما و جریان الکتریسیته آن‌را به گزینه‌ای جدید برای استفاده در پنل‌های نوری و کامپیوترها تبدیل کرده‌است.شاید به همین دلیل است که از این ماده در ساخت نمایشگرهای لمسی بسیار ظریف و مقاوم استفاده خواهد شد.هم اکنون گرافن درحال نفوذ به کاربرد های الکترونیکی می باشد وممکن است بزودی پایه واساس تجهیزات الکترونیکی را عوض کند.با استفاده از گرافن ،ساخت وسایل برقی کوچک،قابل انعطاف وکم هزینه ،ممکن خواهد بود.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

در همین راستا، سامسونگ و آی‌بی ام  از جمله شرکت‌هایی هستند که قصد دارند این ماده نوظهور را به صورت کاربردی مورد استفاده قرار دهند.

جیمز هون، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه کلمبیا می‌گوید: "پژوهش‌های ما گرافن را به عنوان مستحکم‌ترین ماده شناخته شده تاکنون ثبت کرده است. گرافن 200 برابر قوی‌تر از فولاد است و برای این که یک مداد بتواند یک ورقه نازک گرافن را سوراخ کند، باید وزن یک فیل را به آن اعمال کرد".

کاربردهای متعدد گرافن حتی از خواصش نیز شگفت‌انگیزتر است. گرافن حتی یک ماده هم نیست، بلکه طیف بسیار گسترده‌ای از مواد است. از این حیث می‌توان آن را با پلاستیک مقایسه کرد. می‌توان آن را در هر جایی به‌کار برد، از مواد کامپوزیت مثل فیبر کربنی گرفته تا صنایع الکترونیک.

از آن‌جاکه خواص گرافن هنوز ناشناخته است، هر روز دانشمندان بیشتری به کار بر روی پروژه‌های آن علاقمند می‌شوند. اکنون حدود 200 شرکت به پژوهش بر روی گرافن مشغولند و فقط در سال 2010  تقریبا 3000 مقاله در مورد آن منتشر شده است.

فواید آن برای شرکت‌ها و مصرف‌کنندگان هم کاملا روشن است: ابزارهای سریع‌تر و ارزان‌تر که باریک‌تر و انعطاف‌پذیرترند. به این فکر کنید که گوشی هوشمند خود را لوله کنید و مانند مداد نجاران، پشت گوش بگذارید!

اگر گرافن را با کاربردهای امروزی پلاستیک مقایسه کنیم، باید به انتظار روزی باشیم که همه چیز، از پاکت میوه گرفته تا لباس‌ها، دیجیتال شوند. کارت‌های ارتباطی آینده، توان پردازشی به اندازه موبایل‌های هوشمند امروزی خواهند داشت. گرافن می‌تواند کاربردهای کاملا جدیدی در ابزارهای الکترونیکی شفاف، انعطاف‌پذیر و بسیار سریع‌تر از امروز پیدا کند. یک مثال از استفاده‌های دیگر آن می‌تواند افزودن پودر گرافن به تایرها برای قوی‌تر کردن آنها باشد.

 صفحه‏ی مختصات گرافنی

صفحه‏ی مختصات کارتزین یا دکارتی معروف را می‏شناسید. این صفحه، شبکه‏ای است که از مربع‏هایی با طول و عرض واحد تشکیل شده ‏است. در این صفحه دو بردار یکه‏ی i و  j هریک به طول یک واحد وجود دارد که توسط آن‏ها می‏توان از نقطه‏ی مبدا به هر نقطه‏ی دیگری مثل (nوm) رفت. این کار با تعریف یک بردار به شکل k=mi+njامکان پذیر می‏گردد.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

 صفحه‏ی مختصات دکارتی؛ بردارهای یکه‏ی iو j هم اندازه و بر یکدیگر عمود هستند

دستگاه مختصات کارتزین، یک دستگاه دو بعدی است که در آن دو بردار یکه‏ی یاد شده، هم اندازه بوده و بر یکدیگر عمود هستند. اما باید توجه داشت که تمام دستگاه‏های مختصات به این شکل نیستند. بلکه می‏توان دستگاه هایی را تعریف کرد که در آن اندازه‏ی بردارهای یکه نابرابر و زاویه‏ی بین آن دو مقدار دیگری باشد مانند صفحه‏ی مختصات گرافنی. صفحه‏ی مختصات گرافنی یک صفحه‏ی دو بعدی متشکل از شش‌ضلعی‏های منتظم می باشد. این صفحه یادآور شکل منظم کندوی زنبورهای عسل است.

در این صفحه‏یِ مختصاتِ دو بعدی، دو بردار یکه‏ی هم اندازه‏ی iو j را به طوری که در تصویر نشان داده شده است، تعریف می‏کنیم. زاویه‏ی بین این دو بردار برابر با 60° است. برای حرکت روی این صفحه می‏توانیم بردار C=mi+nj را تعریف نماییم. این بردار را بردار کایرال می‏نامیم. به عنوان نمونه ما چند بردار دلخواه را با شروع از یک نقطه، به عنوان مبدا، در تصویر 4 رسم کرده‌ایم.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک
بردارهای یکه‏ی i و j در صفحه‏ی مختصات گرافنی
(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

 بردارهای کایرال c=4i+2j و c=i+3j در صفحه‏ی مختصات گرافنی

همچنین می‏توانیم زاویه‏ی بین بردار کایرال و محور متناظر با بردار یکه‏ی i را به عنوان زاویه کایرال که مشخصه‏ی راستای بردار کایرال است‏ در نظر بگیریم. این زاویه در تصویر 5 نشان داده شده است. همانطور که در آینده خواهیم دید، این زاویه یکی از مشخصه‏های نانولوله‏های کربنی می‏باشد.

(1)گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک

زاویه‏ی کایرال بین بردار c=4i+3j و محور مربوط به بردار یکه‏ی i‏

 

 

  ادامه دارد...

منبع: تبیان




www.HUPAA.com
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● ادامه تحصیل در مالزی
● دانشگاه های مالزی
● سعيد سيوف جهرمي
● هر آنچه می خواهید
● مجله پزشکی
● توصیه های پزشکی
● پس از باران
● انجمن علمی فیزیک پیام نور
● دانلود کامل
● سایت گردشگری آنوبانی نی
● جاویدان
● سنگ شکن
● آگهی رایگان
● ایتکا
● پزشکی
● مجله علمی
● پی سی گیمرز
● موسسه پروفسور حسابی
● میهن کمپ
● پی سی وبلاگ
● کتاب هفته
● دهکده فضایی
● ایران حافظ
● Airgo Design
● دکتر علی افضل صمدی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
آخرین گفتگوها در انجمن
عکس های میکروسکوپی و بزرگنمایی شده (14 پاسخ)
الکتریسیته ی ساکن (1 پاسخ)
مراحل تولید سوخت هسته ای (0 پاسخ)
صدای افتادن درخت (32 پاسخ)
جهانی درون انفجار (2 پاسخ)
سرعت ثابت چيست؟ (7 پاسخ)
جرم پروتون (18 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (408 پاسخ)
مقاله GaAs Quantum-Dot Lasers (1 پاسخ)
چرا دوچرخه در حال حرکت نمیوفته؟ (8 پاسخ)
زمان آینده (11 پاسخ)
همگام با هم تا کنکور ارشد بهمن ۹۳ (26 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (897 پاسخ)
ارتفاع یک تاب نسبت به زمین از 0.5 متر تا 2 متر تغییر می کند (4 پاسخ)
نظر شما در مورد رشته فیزیک در انتخاب رشته کنکور (3 پاسخ)
"بارش شهابی جوزایی" به اوج فعالیت‌های خود می‌رسد (2 پاسخ)
چگونه میتوان بر روی زمین یک سیاهچاله ساخت؟ (4 پاسخ)
فیزیک مقدماتی (1 پاسخ)
فیزیکدان ایرانی برنده جایزه هول وک (1 پاسخ)
فرق بین فیزیک کلاسیک و مدرن (3 پاسخ)
نجوم از اول... (40 پاسخ)
خطوط میدان الکتریکی (1 پاسخ)
دیدنیهای دانشیک (64 پاسخ)
کشف ترازوی جدید برای اندازه گیری جرم نور (2 پاسخ)
قانون پایستگی انرژی (1 پاسخ)
استثنایی برای قانون پایستگی انرژی (41 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (67 پاسخ)
موج یا ذره؟ (7 پاسخ)
آیا با رد قانون پایستگی انرژی موافقید؟ (13 پاسخ)
بازخوانی یک پرونده کهنه (4 پاسخ)
انبساط بی دررو... کمی دقیق تر (10 پاسخ)
نوسان ذرات نور (فوتون) و جرم (6 پاسخ)
محاسبه جرم فوتون (0 پاسخ)
فوتو الکتریک (5 پاسخ)
اتر چيست؟ (2 پاسخ)
شتاب دادن الکترون (3 پاسخ)
شوخي با شيمي (7 پاسخ)
بررسی كوتاه انرژی پيوندی هسته اتم (19 پاسخ)
پروژه دانش اموزی فیزیک (16 پاسخ)
محاسبه جرم ذرات نور و تولید انرژی تاریک (3 پاسخ)
آیا فیزیک بی انتهاست؟ (28 پاسخ)
مسائل فیزیک موج و صوت (2 پاسخ)
یک کیلو آهن سنگین تر است یا یک کیلو پنبه؟ (8 پاسخ)
پتانسیل الکتریکی (6 پاسخ)
چرا در مقياس نانو نيمه رساناي ذاتي نداريم؟ (5 پاسخ)
آیا زمان ماهیت کوانتومی دارد؟ (3 پاسخ)
انتقال اطلاعات آنی از یک فوتون به دیگری - طرز کار لیزر (27 پاسخ)
یک ایرانی اولین برنده زن معتبرترین جایزه جهانی ریاضیات (17 پاسخ)
معرفی وب سایت: اسطرلاب (0 پاسخ)
آیا با اخذ میدان الکتریکی امواج خورشید افت دما اتفاق میافتد؟ (1 پاسخ)
فیزیک دانشگاه تهران (0 پاسخ)
چند سوال از سینماتیک (12 پاسخ)
ریچارد نیکسون و مشتق سوم (0 پاسخ)
بررسی برخی لم ها و قضیه های ریاضی (42 پاسخ)
ساختار نواری (15 پاسخ)
آيا مي شود ذره اي سرعتش صفر باشد اما شتاب داشته باشد ؟ (205 پاسخ)
تبدیل گاف نواری غیر مستقیم به مستقیم--حفره سنگین و سبک (2 پاسخ)
امواج الکتریسیته خورشید (2 پاسخ)
شعبده باز و غیب گویی... (4 پاسخ)
بهای آذرخش (3 پاسخ)
مقالات فیزیک
درخشش “مریخ” به اندازه “ماه” نمی شود!
جو زمین، مملو از ترکیب شیمیایی ممنوعه
قانون پایستگی انرژی
شبیه سازی دوتایی‌های ستاره‌ نوترونی مغناطیسی با توان تفکیک بالا
خطر برخورد یک سیارک به زمین در سال ۲۸۸۰
ستاره ای که به سیاره تبدیل شد!
سوء استفاده از مفاهیم فیزیک کوانتومی
نظارۀ شهاب باران در آسمان
صورت فلکی شلیاق یا چنگ رومی(Lyr)
کتاب «چرا E=mc2» (ترجمه)
محاسبه جرم دقیق ِکهکشان راه شیری!
کشف ِخوشه ای کهکشانی با جرمی ۱۶۰ تریلیون برابر خورشید!
آیا مرگ سیاهچاله باعث تولد ِسفیدچاله می شود؟
شعله هایی که می توانست، زمین را تاریک کند!
تبدیل سلول‌های بنیادی به خون انسان!
آیا ما در یک “ماتریکس” زندگی می کنیم؟
“کهکشان های کوتوله” درک ما از کارکرد کیهان را به چالش کشیدند!
تصویری از خرچنگ کیهانی!
فاصلۀ ستارگان و اجرام نورانی کیهان چگونه محاسبه می شود؟
معرفی کتاب: ذره در پایان گیتی
علم چیست؟
سیارۀ عطارد، چگونه شکل گرفت؟
شراره های پر قدرت ِخورشید!
جستجوی امواج گرانشی با استفاده از فوران‌های پرتوی گاما
راه کهکشان از شب های تابستان می گذرد!
شناسایی منبع نوری عجیب در کیهان!
ارتقای LHC می‌تواند آشکار کند که آیا بوزون هیگز «استاندارد» است
نوع جدیدی از اجرام کیهانی با کشف کهکشان های روح!
نور ِکیهان گم می‌شود!
“ماده تاریک” چیست؟
ادامه ...
اخبار فیزیک
بهترین جای کیهان برای یافتن حیات بیگانه کجاست؟
بررسی فوران‌های قمر مشتری برای درک چگونگی شکل‌گیری زمین
زن ریاضیدان ایرانی، برنده عالی ترین جایزه ریاضی جهان شد
ماه برای چند سال می‌تواند سوخت زمین را تأمین کند؟
نقشه‌برداری از 101 آبفشان بر سطح قمر یخ‌زده زحل
رکود شکنی مریخ نورد “فرصت” در یک جهان بیگانه!
خودروی خورشیدی ایران بهترین تیم مسابقات جهانی آمریکا شد
حل یکی از معماهای بزرگ فیزیک پس از 27 سال
زمین از خطر فرو رفتن به عصر تاریکی نجات یافت
“افق های نو” یک سال دیگر به پلوتو می‌رسد!
ورود «وویجر» به فضای بین‌ستاره‌ای با تردید مواجه شد
گودال‌های ماه، پناهگاه‌های آینده انسان
تداوم موفقیت تیم‌های ربوکاپ ایرانی در برزیل
۴۵ سال از اولین گام انسان بر “ماه” گذشت
برخورد نزدیک با دنباله‌دار ۶۷P
ادامه ...
مطالب پربیننده
آیا ما در یک “ماتریکس” زندگی می کنیم؟ (38+)
زن ریاضیدان ایرانی، برنده عالی ترین جایزه ریاضی جهان شد (34+)
حل یکی از معماهای بزرگ فیزیک پس از 27 سال (26+)
آیا مرگ سیاهچاله باعث تولد ِسفیدچاله می شود؟ (21+)
خودروی خورشیدی ایران بهترین تیم مسابقات جهانی آمریکا شد (20+)
زمین از خطر فرو رفتن به عصر تاریکی نجات یافت (18+)
کتاب «چرا E=mc2» (ترجمه) (17+)
سوء استفاده از مفاهیم فیزیک کوانتومی (17+)
ماه برای چند سال می‌تواند سوخت زمین را تأمین کند؟ (14+)
ورود «وویجر» به فضای بین‌ستاره‌ای با تردید مواجه شد (13+)
“کهکشان های کوتوله” درک ما از کارکرد کیهان را به چالش کشیدند! (11+)
کشف ِخوشه ای کهکشانی با جرمی ۱۶۰ تریلیون برابر خورشید! (11+)
قانون پایستگی انرژی (10+)
رکود شکنی مریخ نورد “فرصت” در یک جهان بیگانه! (9+)
ستاره ای که به سیاره تبدیل شد! (9+)
ادامه ...
[خانه] [انجمن فیزیکدانان جوان ایران] [چت روم هوپا] [درباره ما] [سفارش آگهی] [تماس با ما] [ورود] [عضویت]
جستجو :
Copyright 2003 - 2014 © Hupaa.com , All rights reserved.