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
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
کاربردهای قانون ارشمیدس در زمینه‌های مختلف از جمله صنعت (1 پاسخ)
معرفي وبلاگ هاي فيزيكي هر كس وبلاگي داره معرفي كنه (135 پاسخ)
معما های سخت (256 پاسخ)
پرسش و پاسخ ریاضی (109 پاسخ)
سوالی در مورد نسبیت خاص دارید بپرسید (12 پاسخ)
اثبات چند فرمول (14 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (942 پاسخ)
محاسبات سریع و ذهنی ریاضیات (1 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (43 پاسخ)
در مورد یک موج الکترمغناطیسی شرط تداخل چیست؟ (4 پاسخ)
برای لیتیم در دمای کمتر از 70 کلوین تبدیل مارتنزیتی رخ میدهد (0 پاسخ)
دانش‌ بیش از اندازه جهان را به استقبال مرگ می‌برد! (0 پاسخ)
دوران غلطک (0 پاسخ)
از کجا بفهمم علاقم واقعا در فیزیک است و نه در رشته های دیگر؟ (6 پاسخ)
حل کردن آلاینده ها در مایعات (4 پاسخ)
بار مثبت دهی به سیم (0 پاسخ)
نظریه همه چیز؟ (5 پاسخ)
قطب در سایه (0 پاسخ)
کنده شدن نخ کوچکتر نسبت به بزرگتر (0 پاسخ)
مهندسان از رشته هايشان بنویسند و دبیرستانی ها بپرسند. (73 پاسخ)
فرموله کردن تناسب ها در فیزیک (0 پاسخ)
چرا در هر نقطه از کره زمین خط تراز موازی با سطح زمین است؟ (1 پاسخ)
سنسور - ترانسفورماتور تفاضلی خطی (LVDT) (2 پاسخ)
چرا پرتو تابیده از c عدسی پس از شکست از c دوم میگذرد؟ (0 پاسخ)
وزن مخزن آب و ماهی ها (4 پاسخ)
عکسهای زیبای ناسا از فضا (116 پاسخ)
گالری عکس آسمان (644 پاسخ)
نیرویی که پیچ گوشتی ها بر پیچ وارد میکنند (1 پاسخ)
اندازه گیری مقاومت رشته سیم داخل لامپ روشن با اهم متر (1 پاسخ)
تأسیس شرکتی برای تولید انرژی از خلاء کوانتومی (2 پاسخ)
سرعت امواج جيوه اي (3 پاسخ)
مکانیک کوانتمی نسبیتی بیاموزیم (8 پاسخ)
تشبیهی برای حرکت وضعی و انتقالی زمین (7 پاسخ)
دو مقاله مرتبط با سیستم ها و ابزار دقیق (7 پاسخ)
حل دستگاه سه معادله سه مجهول (6 پاسخ)
آيا مي شود ذره اي سرعتش صفر باشد اما شتاب داشته باشد ؟ (210 پاسخ)
جهان مرز دارد یا خیر؟ (34 پاسخ)
چرا وقتی خودکاری را بطور عمود روی میز نگه داشته ایم... (1 پاسخ)
ارشد فيزيك يا ارشد مكانيك؟ (6 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (161 پاسخ)
چیزی بعنوان نیروی گریز از مرکز وجود ندارد! (29 پاسخ)
ضریب اصطکاک بزرگتر از یک میشه؟ (16 پاسخ)
چه اجسامی ضریب اصطکاک بیشتر از یک دارند؟ (3 پاسخ)
سوال های سخت فیزیک اول دبیرستان (44 پاسخ)
حالا هم میشه زمان رو متوقف کرد میگید نه ولی شدنی هست (24 پاسخ)
برابر گرفتن نیروی جانب مرکز و نیروی اصطکاک در حرکت دایره ای (2 پاسخ)
اتومبيلي با سرعت ثابت حركت مي كند (15 پاسخ)
آیا همیشه اجسام درجهت عمود بر سطح تراز سقوط میکنند؟ (22 پاسخ)
چرا هیچ جسمی با وجود انحا فضا-زمان به سمت خورشید فرو نمی رود (6 پاسخ)
مدل قطره مایع هسته ای (0 پاسخ)
تجربیات یک دانشجوی دکترای ریاضی (0 پاسخ)
بهترین سایت هایی که تا حالا رفتید اینجا قرار بدید (92 پاسخ)
تقسیم فضا با پنج ضلعی (5 پاسخ)
نظریه سی. پی. اچ (4 پاسخ)
آیا همه نیروها حس می شوند؟ (18 پاسخ)
ماشين زمان كي ساخته مي شود؟ (70 پاسخ)
مفهوم انرژی چیست؟ (11 پاسخ)
حرارت و ترمودینامیک (2 پاسخ)
دسترسی رایگان و قانونی به مقالات علمی آنلاین (0 پاسخ)
ادامه تحصیل در خارج از کشور (14 پاسخ)
مقالات فیزیک
کهکشان‌های غول پیکر از درون خاموش می شوند!
آیا ممکن است کل کیهان، یک سیاهچالۀ پنج بُعدی باشد؟
در هم تنیدگی ۳۰۰۰ اتم با یک فوتون
کشف یکی از دورترین سیارات فراخورشیدی در اعماق راه‌شیری
درهم تنیدگی کوانتومی تک ذره ای، اشتباه دیگر اینشتین
اگر ماه نباشد چه اتفاقی برای زمین می افتد؟
آیا سفر میان کرمچاله امکانپذیر است؟
چگونه یک سیاهچاله تبخیر می شود؟
معرفی کتاب: شرودینگر و انقلاب کوانتومی
توهم حرکت ِ “سریع تر از نور”
معرفی کتاب‌: افسانۀ اینشتین
۲۰۰,۰۰۰ کهکشان در یک عکس!
جهان قابل مشاهدۀ ما، گوشه ای از یک جهان بزرگتر است!
ارتباط دنباله دار هالی با مرگ سیاه چیست؟
تپ اختر چیست؟
رشته های لیزر گذار فاز را تجربه می‌کنند
نظریۀ مکانیک کوانتومی نسبیتی
کشف سیاهچاله ای غول آسا در سپیده دم کیهان!
ماده تاریک، آنقدر‌ها هم تاریک نیست!
سرد و سنگین
انرژی و آنتروپی
یک ژیروسکوپ کوانتومی بهتر
چالش اندازه در فیزیک کوانتوم
در هم تنیدگی کوانتومی، بیش از دو سیستم را بهم متصل کرد!
مهندس ایرانی کاوشگر ناسا را به “اروپا” هدایت خواهد کرد!
شبیه‌ سازی “سفر در زمان” ساخته شد!
رقص مرگ دو ستاره
کشف ماده تاریک در هسته کهکشان راه شیری
سیاهچاله های پرجرم باعث کاهش فرآیند ستاره سازی می شوند!
گذار “دور نوردی” از تخیل به واقعیت!
ادامه ...
اخبار فیزیک
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ساخت نانوکاتالیست مغناطیسی ارزان برای صنایع داروسازی در کشور
کشف ردپای همنوع‌خواری کهکشان‌ها توسط تلسکوپ هابل
ادامه ...
مطالب پربیننده
چگونه یک سیاهچاله تبخیر می شود؟ (12+)
درهم تنیدگی کوانتومی تک ذره ای، اشتباه دیگر اینشتین (11+)
اگر ماه نباشد چه اتفاقی برای زمین می افتد؟ (4+)
در هم تنیدگی ۳۰۰۰ اتم با یک فوتون (3+)
آیا سفر میان کرمچاله امکانپذیر است؟ (0+)
کشف یکی از دورترین سیارات فراخورشیدی در اعماق راه‌شیری (0+)
آیا ممکن است کل کیهان، یک سیاهچالۀ پنج بُعدی باشد؟ (0+)
کهکشان‌های غول پیکر از درون خاموش می شوند! (0+)
ادامه ...
[خانه] [انجمن فیزیکدانان جوان ایران] [چت روم هوپا] [درباره ما] [سفارش آگهی] [تماس با ما] [ورود] [عضویت]
جستجو :
Copyright 2003 - 2015 © Hupaa.com , All rights reserved.