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
سوالاتي در حد مقطع راهنمايي (29 پاسخ)
كمك در ساخت پلاسما (1 پاسخ)
مقاومت بافت رگها خونی (0 پاسخ)
آيا سياهچاله همه چيز را به درون خود مي كشد (7 پاسخ)
تعریف علمی عنصر چیه؟ (1 پاسخ)
اگر کاینات برنامه نوشنه شده مجازی باشد (7 پاسخ)
تشخیص افسردگی با آزمایش خون امکان‌پذیر شد (1 پاسخ)
اثر پروانه ای (6 پاسخ)
نمودار I بر حسب t بار برابر است (7 پاسخ)
ميشه بگيد چرا 1=!0 (22 پاسخ)
نظر شما در مورد رشته فیزیک در انتخاب رشته کنکور (4 پاسخ)
«زيباترين آزمايش هاي فيزيك در تاريخ جهان» (4 پاسخ)
روش نوترون درمانی با بور-10 (0 پاسخ)
معما های سخت (190 پاسخ)
اثبات کنید یک مساوی دو (37 پاسخ)
هر کیلو اورانیوم 100% چند ژول انرژی دارد؟ (1 پاسخ)
یک ایرانی اولین برنده زن معتبرترین جایزه جهانی ریاضیات (24 پاسخ)
سنگ تا چه ارتفاعي به بالا رفته و با چه سرعتي به زمين ميرسد؟ (10 پاسخ)
آیا حرکت دایره ای نوعی نوسان است؟ (8 پاسخ)
کتاب مبانی فیزیک جدید ریچارد و ایدنرو رابرت سلز (3 پاسخ)
يادگيري رياضيات در فيزيك (1 پاسخ)
پس سوز در موتو جنگنده ها (2 پاسخ)
بازار جهانی فلزات کمیاب (2 پاسخ)
نسبیت به زبان ساده (134 پاسخ)
دو سوال پایه ای در بحث الکترومغناطیس (8 پاسخ)
پارادوکس آقای X (18 پاسخ)
معرفی چند کتاب فلسفه در حد مقدمات و به زبان ساده (6 پاسخ)
بهترین منابع فیزیک پایه برای کنکور ارشد فیزیک (8 پاسخ)
کتابی در رابطه با الکترودینامیک کوانتومی (7 پاسخ)
سوال در مورد روش های حل عددی نرم افزارهای تخصصی (3 پاسخ)
دوره تناوب اهنربا بر اثر گشتاور مغناطیسی! (8 پاسخ)
توضیح ساده از مکانیک آماری (2 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (435 پاسخ)
آینده کاری فیزیک حالت جامد؟ (29 پاسخ)
ساخت دست مصنوعی با قابلیت کنترل ذهنی (0 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (906 پاسخ)
شعبده باز و غیب گویی... (5 پاسخ)
سایت ویدئو لکچر دانشگاههای آمریکا و اروپا (2 پاسخ)
فضـای داخلـی سفیـنه فضـایی چه شکلـی است؟ (2 پاسخ)
انرژی تاریک چیست و چه رابطه ای با ماده تاریک دارد؟ (1 پاسخ)
جفت شدگی اسپین - مدار (7 پاسخ)
سریعترین هواپیمای راکتی دنیا! (1 پاسخ)
کوچکترین طول اندازه گیری شده (8 پاسخ)
آیا صوت در فضا یا خلا می تواند حرکت کند؟ (22 پاسخ)
انرژی گرمایی چیست و چرا گرما انرژی است؟ (14 پاسخ)
سوال پیرامون همجوشی هسته ای (11 پاسخ)
چرا مهتاب سفید رنگ است؟ (3 پاسخ)
چرا وقتی باریکه ی عسل میرسد به یك سطحی خم میشود؟ (3 پاسخ)
چرا چگالي ماه كمتر از زمين است ؟ (8 پاسخ)
نمونه سوال درباره مقدار مرزي سه بعدي معادله لپلاس (6 پاسخ)
گرانش و پدیده فراز و فرود دریا (11 پاسخ)
چگونه می توان به سرعت نور رسید و با این سرعت سفر کرد؟ (6 پاسخ)
قبل از بیگ بنگ چه خبر بود؟ (235 پاسخ)
برداشت شما از فضا چیست؟ (22 پاسخ)
پیدا کنید پهنه AFDE را (2 پاسخ)
آیا وتر برابر قطر است؟ (7 پاسخ)
فیبوناچی و نسبت طلایی (2 پاسخ)
-بس‌شماری (ضرب) به روشی دیگر (0 پاسخ)
نسبت طول بال هواپیما به وزن هواپیما (2 پاسخ)
دانلود کتاب سلول های بنیادی و درمان سلولی (1 پاسخ)
مقالات فیزیک
لایۀ اُزون زمین در حال ترمیم است!
نظریه ریسمان های دکتر “کامران وفا”
ملاقات ِ نزدیک ِ فضاپیمای روزتا با دنباله دار چوریومف!
هاوکینگ: «ذره خدا» پتانسیل ِنابودی جهان را دارد!
تئوری جدید ِ چگونگی ادغام فضا و زمان!
کمبود آب در “زمین” جدی است!
آنتروپی از دیدگاه ترمودینامیک آماری
آیا حبابی از گازهای داغ منظومه‌ی ما را احاطه کرده است؟
معرفی کتاب:استیون هاوکینگ ذهنی رها
آیا کیهان فقط یک هولوگرام بزرگ است؟
ارتباط میان تشکیل ستاره‌ها و فعالیت هسته‌های کهکشانی
آنتروپی- بخش اول
تأثیر نواحی ‌آرام (کم فعالِ مغناطیسی) سطح خورشید در گرمایش لایه‌های رنگین‌کره و تاج
انرژی اَکتیواسیون (فعالسازی)
فضای میان ستاره ای یک آزمایشگاه کوانتومی عجیب!
مردی که چشم ما را به روی جهان گشود!
رابطه‌ی فراوانی فلزی و جرم ستاره‌ای کهکشان‌های دوردست
توصیف جالب “استیون واینبرگ” از جهان های چندگانه
اصل برنولی
امکان ِکشف حیات بیگانه در اطراف کوتوله های قرمز!
معرفی کتاب: نسبیت
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)
ادامه ...
اخبار فیزیک
حل اسرار درخشان‌ترین اجرام کیهان
تولید نوع جدیدی از سلولهای بنیادی در آزمایشگاه
رصد نخستین ابرنواختر گایا
صدای اتم شنیده شد!
جامدکردن نور با همکاری دانشمند ایرانی
حرکت یک توفان عظیم خورشیدی به سمت زمین
آشنایی با نابغۀ ایرانی: دکتر “نادر انقطاع”
آشکارساز ذره جدید برای کشف هویت ضدماده گریزپا
در جست‌وجوی خواهر و برادرهای خورشید
انسان‌ها و نئاندرتال‌ها «قرن‌ها» همزیستی داشته‌اند!
سنجش انرژی خورشید در زمان واقعی برای نخستین بار
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؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
توصیف جالب “استیون واینبرگ” از جهان های چندگانه (34+)
هاوکینگ: «ذره خدا» پتانسیل ِنابودی جهان را دارد! (22+)
معرفی کتاب:استیون هاوکینگ ذهنی رها (17+)
قانون پایستگی انرژی (15+)
کمبود آب در “زمین” جدی است! (15+)
انسان‌ها و نئاندرتال‌ها «قرن‌ها» همزیستی داشته‌اند! (14+)
بهترین جای کیهان برای یافتن حیات بیگانه کجاست؟ (11+)
جامدکردن نور با همکاری دانشمند ایرانی (11+)
معرفی کتاب: نسبیت (10+)
صدای اتم شنیده شد! (10+)
لایۀ اُزون زمین در حال ترمیم است! (10+)
اصل برنولی (9+)
فضای میان ستاره ای یک آزمایشگاه کوانتومی عجیب! (9+)
آنتروپی- بخش اول (8+)
تئوری جدید ِ چگونگی ادغام فضا و زمان! (8+)
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.