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
دلیل شناوری کشتیها (28 پاسخ)
مقاله ی «دانشمندان سرعت نور را کاهش دادند!» (0 پاسخ)
ارشدها و دکتراهای فیزیک؛گرایش و موضوع کارتون چیه؟ (0 پاسخ)
مفهوم چهار نيروي بنيادي چيست؟ (6 پاسخ)
لایه های اتمسفر (2 پاسخ)
ادامه تحصیل در فیزیک (2 پاسخ)
به تصویر کشیدن رفتار پرتو لیزر هنگام بازتاب از آئینه (0 پاسخ)
به نظر شما كرم چاله چيست؟ (10 پاسخ)
جهان های موازی (4 پاسخ)
نجوم و هوافضا (18 پاسخ)
آیا با رد قانون پایستگی انرژی موافقید؟ (26 پاسخ)
شبیه سازی: CD آموزشی lammps (0 پاسخ)
ضریب اصطکاک بزرگتر از یک میشه؟ (15 پاسخ)
دیفرانسیل دو اتمی (1 پاسخ)
مفهوم خلا مطلق (2 پاسخ)
ماشینی که از دیوار قائم بالا میرود! (2 پاسخ)
معنا و روش بازسازی فیزیک سطح (1 پاسخ)
اطلاعات دقیق و در حد مبتدی در زمينه نانو (1 پاسخ)
دروس فیزیکی مکانیک و هوا وفضا (7 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (122 پاسخ)
ارتباط قوانین فیزیکی با ساختار حیات (7 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (495 پاسخ)
تشخيص زودهنگام بيماري‌ها با استفاده از فناوري نانو (2 پاسخ)
آیزاک آسیموف ۵۰ سال پیش چه پیش‌بینی کرد؟ (8 پاسخ)
نقاط وارون شبکه در مبحث فیزیک سطح (0 پاسخ)
معما های سخت (253 پاسخ)
میدان مغناطیسی قوی و رفتن الكترون ها به تراز انرژي پايين تر (0 پاسخ)
مهم‌ترین رخدادهای نجومی سال 2014 (1 پاسخ)
زمان دقیقا چیست؟ (73 پاسخ)
معادله حرکت زمین بدور خورشید بر حسب r , teta (3 پاسخ)
صوت : پدیده ی تشدید (0 پاسخ)
دانلود کتاب طرح بزرگ و تاریخچه زمان و جهان در پوست گردو (11 پاسخ)
تداعی بی نهایت (0 پاسخ)
پخش بار الکتریکی روی سطح یک ظرف رسانا (33 پاسخ)
معرفی آزمایش های جالب فیزیکی (3 پاسخ)
سوخت های هسته ای مصرف شده (7 پاسخ)
کد مورس ( Morse Code ) (0 پاسخ)
میشه گربه شرودینگرو برای من تفهیم کنید؟ (20 پاسخ)
ساختار نور، فوتون یا موج؟ (7 پاسخ)
مکانیک کوانتمی نسبیتی بیاموزیم (6 پاسخ)
در ایران در زمینه کامپیوترهای کوانتومی تا چه حد پیشرفت شده؟ (3 پاسخ)
چرا دست‌ها و پاهای بعضی افراد همیشه سرد است؟ (0 پاسخ)
اثر فوتوالکتریک روی خاک (0 پاسخ)
فیزیک جامد یا نانو فیزیک؟ (8 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (72 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (939 پاسخ)
شروع یادگیری فیزیک برای علاقه مندان (25 پاسخ)
کرم چاله چیست ؟ (6 پاسخ)
روش حل معدالات کوانتمی را به من تفهیم کنید (1 پاسخ)
ماشين محرك دائم (106 پاسخ)
نامریی شدن - ایده نظامی (24 پاسخ)
دیدنیهای دانشیک (69 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (33 پاسخ)
بهترین سایت هایی که تا حالا رفتید اینجا قرار بدید (69 پاسخ)
بارش هاي شهابي (3 پاسخ)
بررسی تکنولوژی روشنایی خیابان ها و پارک ها (0 پاسخ)
نظریه جهان های موازی (12 پاسخ)
علت عبور نور مریی از شیشه سربی بر خلاف گاما (25 پاسخ)
بهترین معلم فیزیک کیست‏؟ (27 پاسخ)
تصویر های دانشیک (65 پاسخ)
مقالات فیزیک
کنکاشی جدید در الفبای الکتریکی مغز
تاکیون ها: ذراتی در ورای فضا-زمان
استیون هاوکینگ در تلاش برای دستیابی به “نظریۀ همه‌ چیز”
خداحافظی دنباله‌دار «لاوجوی» با زمین تا هشت هزار سال دیگر
مرکز کهکشان راه شیری می تواند یک میانبر بین کهکشانی باشد!
دانشمندان سرعت نور را کاهش دادند!
میدان‌های مغناطیسی موهومی در دنیای حقیقی
بدنبال سرعتی فراتر از نور
موفقیتی برای لیزر از راه دور در هوا
داستان کشف ِ پاد ماده
برترین‌ پژوهش های فیزیک در سال ۲۰۱۴
ثابت‌کردن مولکول‌ها برای بررسی بیشتر
معرفی کتاب: افسون فیزیک
قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشت؟
بدشانسی، انسان را گرفتار سرطان‌ می‌کند!
موفقیت محققان ایرانی در بومی‌سازی ماژول غشایی تخلیص هیدروژن
جستجو برای ذراتِ دارای بار الکتریکی با مضرب غیر صحیح ِ بسیار کوچک از بار الکترون
ستاره ای سرکش در مسیر برخورد به منظومه شمسی، اما زیاد نگران نباشید!
دوازده لحظۀ مهم علمی در سال ۲۰۱۴
دوگانگی موج-ذره و عدم قطعیتِ کوانتومی دو روی یک سکه!
ابر اورت چیست؟
معرفی کتاب: کیهان شناسی
کار در دنیای کوانتومی
پیش‌بینی برای آینده دنیای فناوری
غوغای دنباله‌دار لاوجوی در آسمان شب
برخورد چگالیده‌های بوز-اینشتین و ناپدید شدن آن‌ها
بزرگترین بانک DNA همۀ موجودات راه اندازی می شود!
مهمترین رخدادهای عرصۀ فضا در سال ۲۰۱۴
دستکاری نور با استفاده از پلاسما
جایزه «فریدون منصوری» به پژوهشگر جوان نظریه «ریسمان» اعطا شد
ادامه ...
اخبار فیزیک
شبیه‌سازی شکل‌گیری جهان در دقیق‌ترین مدل رایانه‌یی کیهان با همکاری محقق ایرانی
اتمسفر اولیۀ زمین سمی بود !
ساخت میکرولنزهای فوق تخصصی در کشور
نانوپیمایشگری برای تشخیص زودهنگام سرطان
ثبت پدیده نادر هاله یخ در تصویری جالب
سخـــن روز
چگونه اکسیژن موجب روشنایی کرم شب تاب می‌شود ؟
اسراری از میدان مغناطیسی ماه
آبفشان‌های قمر اروپا ناپدید شدند
در بین 143 کشور جهان ایران با هفت پله تنزل در جایگاه 120 رتبه بندی نوآوری دنیا قرار گرفت
پاسپورت‌های ژنتیکی برای نوزادان تازه متولد شده در انقلاب جدید پزشکی
با پنج دانشمند برتر زن قاره‌های جهان آشنا شوید
تابش نور روی هر چه که بخواهید پایان عمر لامپ‌ها با باریک‌ترین نور کاغذی جهان!
مریم میرزاخانی در فهرست زنان الهام‌بخش 2014
شبیه‌سازی پیچیده‌ترین سازه بلوری جهان
ادامه ...
مطالب پربیننده
سخـــن روز (32+)
قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشت؟ (22+)
برترین‌ پژوهش های فیزیک در سال ۲۰۱۴ (21+)
ثابت‌کردن مولکول‌ها برای بررسی بیشتر (20+)
نانوپیمایشگری برای تشخیص زودهنگام سرطان (16+)
اسراری از میدان مغناطیسی ماه (12+)
در بین 143 کشور جهان ایران با هفت پله تنزل در جایگاه 120 رتبه بندی نوآوری دنیا قرار گرفت (11+)
آبفشان‌های قمر اروپا ناپدید شدند (11+)
ثبت پدیده نادر هاله یخ در تصویری جالب (11+)
چگونه اکسیژن موجب روشنایی کرم شب تاب می‌شود ؟ (10+)
بدنبال سرعتی فراتر از نور (10+)
دانشمندان سرعت نور را کاهش دادند! (10+)
دوگانگی موج-ذره و عدم قطعیتِ کوانتومی دو روی یک سکه! (9+)
معرفی کتاب: افسون فیزیک (9+)
داستان کشف ِ پاد ماده (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.