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
● 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
سرعت برخورد گلوله با زمين (0 پاسخ)
فیزیک هسته ای یا مهندسی هسته ای؟ (5 پاسخ)
همه چیز دچار تناقضه (39 پاسخ)
آیا سفر در زمان امکانپذیر است؟ (36 پاسخ)
«تاپیک جــــامع مقالاتــــ نجـــوم » (46 پاسخ)
پایان نامه ارشد هسته ای (7 پاسخ)
توزیع بار یکنواخت روی دو کره دور از هم (1 پاسخ)
چگالی بار سطحی در هادی با دو حفره (0 پاسخ)
چرا هیچ میدان خارجی نمیتواند به داخل هادی نفوذ کند؟ (0 پاسخ)
چرا میدان الکتریکی داخل هادی صفر میباشد؟ (9 پاسخ)
اندازه حرکت مداری در مختصات کروی (0 پاسخ)
فضایی مثال بزنید که تخت نباشد اما هموستار آن صفر باشد (0 پاسخ)
تصاویر نجومی (1263 پاسخ)
نمونه سوالات المپياد فيزيك (11 پاسخ)
اثبات فرمولی برای بدست آوردن فاصله کانونی از طریق بزرگنمایی (3 پاسخ)
تدریس به روایت ریچارد فاینمن (2 پاسخ)
برنامه نویسی با فرترن (1 پاسخ)
دانشگاه‌های عالی با ۴۰۰ هزار صندلی خالی در ایران (1 پاسخ)
کلوین و صفر مطلق (5 پاسخ)
کاربردهای صنعتی فناوری هسته ای 2 (1 پاسخ)
ردیاب های رادیواکتیو و ایزوتوپ های ردیاب (1 پاسخ)
چرا در سه بُعد وقتی که تانسور ریچی صفره امواج گرانشی نداریم؟ (0 پاسخ)
معادلات ماکسول و اندازه میدانهای مغناطیسی و الکتریکی (0 پاسخ)
آنچه باید در مورد اشکال نرم‌افزاری هارت‌بلید بدانید (1 پاسخ)
ضریب اصطکاک بزرگتر از یک میشه؟ (11 پاسخ)
چرا دنیا به محض به وجود امدن نابود نشد؟ (4 پاسخ)
دستگاه مختصات راستگرد یعنی چی؟ (5 پاسخ)
خواب و نسبیت (29 پاسخ)
معادله برای محاسبه ی شدت نور (موج الکترومغناطیسی) (1 پاسخ)
کهکشان ها (108 پاسخ)
سحابی ها (27 پاسخ)
به نظر شما موجودات هوشمند دیگری در کائنات وجود دارد؟ (40 پاسخ)
مگس‌ها می‌توانند مانند جت‌های جنگنده مانور دهند (1 پاسخ)
چه اجسامی ضریب اصطکاک بیشتر از یک دارند؟ (2 پاسخ)
حل انتگرال و دیورژانس گرفتن (5 پاسخ)
تبدیلات لورنتس (فیزیک نوین ) (0 پاسخ)
مدلینگ مداری multi-junction solar cell (2 پاسخ)
آیا سرعت مطلقا صفر وجود داره؟ (8 پاسخ)
معرفی منابع فيزيک کوانتوم (4 پاسخ)
اگر نور وارد سیاهچاله شود باعث کوتاه شدن طول موج نور میشود؟ (2 پاسخ)
شدت نور در محیط غلیظ مثل شیشه (0 پاسخ)
سرعت نور چگونه اندازه گرفته شده است؟ (6 پاسخ)
هواپیما یا هلیکوپتر مدل(دست ساز) (8 پاسخ)
راهنمایی در مورد خرید تلسکوپ (12 پاسخ)
چت روم فیزیک (68 پاسخ)
بوزون هیگز و تاثیر آن بر ذرات (2 پاسخ)
سن شما چند است (44 پاسخ)
نیمه رسانا (9 پاسخ)
مفهوم مشتقات بالاتر (2 پاسخ)
شار مغناطیسی در صنعت چه کاربردی داره؟ (3 پاسخ)
چرا در رشته هوا فضا مباحث مکانیک هست؟ (2 پاسخ)
ایده های کیومرث خالقی (2 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (672 پاسخ)
آزمایش بررسی قوانیین کیرشهف(آز فیزیک2) (4 پاسخ)
درخواست اطلاعات فنی سیستم تعلیق پژو 405 (0 پاسخ)
بررسی یک مثال نقض کننده (نسبیت و قانون عمل و عکس العمل) (10 پاسخ)
چگونگیِ دادن مختصات در نرم افزار کتیا (1 پاسخ)
ساخت گلایدر (16 پاسخ)
بار دیـنـامیکی (1 پاسخ)
استثناء در انبساط و انقباض اجسام (2 پاسخ)
مقالات فیزیک
شک و تردید در مورد امواج گرانشی بیگ بنگ!
بازنگری در ساختار پوستۀ ستاره نوترونی
تغذیه کهکشانی عظیم توسط سیاهچالۀ مرکزی اش!
آغاز فرآیند طولانی شروع مجدد فعالیت برخورد دهنده سرن
سیاهچاله ها بادهای بسیار قوی ایجاد می کنند!
منشاء نور عجیب، در مریخ چیست؟
معرفی کتاب‌: در جستجوی بسگیتی
نخستین نقشه مغز جنین انسان ارائه شد
استیون هاوکینگ: شرط را من بردم
چرا «لکه سرخ» مشتری هرگز نمی‌میرد؟
احتمال حیات میکروبی در “انسلادوس”
چه تعداد “کهکشان” وجود دارد؟
خلا کوانتومی به انرژی تاریک “راننده جهان ما” نیرو می دهد!
گزارشی از موسسات پژوهشی و انجمن های ترویج علم در آلمان
آشنایی با آنتروپی - فیلم
آشنایی با تورم کیهانی
آیا حیات در زمین از آتشفشان ها آغاز شد؟
دانشمندان نخستین لحظات تولد جهان را مشاهده کردند!
هندسه نا اقلیدسی و نسبیت عام اینشتین
دانشمندان امواج گرانشی بیگ بنگ را مشاهده کردند!
انتقام ویران کنندۀ “ستارگان مرگ” در سحابی جبار!
کشف ستاره ای ابر غول ۱۳۰۰ برابر خورشید!
جستجوی ناسا برای “سیاره X” بی نتیجه ماند!
ESA به شکار سیاره ها می‌رود
بازتاب شرایط پس از بیگ بنگ در کهکشان جدید
اثرات نسبیتی ساعت اتمی در فضاپیما
آیا نوترینوهای جرم‌دار معمای کیهان‌شناسی را حل می کنند؟
سیاره های بیگانه تقریبا دو برابر شد!
ظهور اثرات غیرعادی در چگالیده‌ی بوز-انیشتین
آخرین نظریه اینشتین: نظریه میدان واحد
ادامه ...
اخبار فیزیک
اندازه‌گیری فاصله 10 برابر دورتر در کهکشان راه‌شیری امکانپذیر شد
برای اولین ماه گرفتگی سال 93 آماده شوید!
کانون فضایی ایران، «شب یوری» را گرامی داشت
ساخت یک آزمایش نوترینوی زیرزمینی بسیار عظیم در چین
زحلِ طلایی و آبی!
نصب طیف‌نگار قدرتمند سه‌بعدی روی تلسکوپ بسیار بزرگ
تولد ستارگان جدید در لبه کهکشان راه شیری
انتقال داده‌های اینترنتی با نور خورشید
کشف نخستین قمر فراخورشیدی اطراف سیاره بیگانه
سرعت گسترش کائنات مشخص شد
نزدیکترین مقابله زمین و مریخ پس از شش سال
اولین تصویر از ماده تاریک در قلب کهکشان راه‌شیری
ساخت مینی‌قلب آزمایشگاهی قابل رشد در بدن
مشاهده بلعیده‌شدن یک ابر گازی توسط سیاهچاله
دانشجوی دختر ایرانی، برنده جایزه ادیسون شد
ادامه ...
مطالب پربیننده
آشنایی با تورم کیهانی (23+)
آشنایی با آنتروپی - فیلم (21+)
استیون هاوکینگ: شرط را من بردم (21+)
گزارشی از موسسات پژوهشی و انجمن های ترویج علم در آلمان (17+)
احتمال حیات میکروبی در “انسلادوس” (16+)
چه تعداد “کهکشان” وجود دارد؟ (14+)
دانشجوی دختر ایرانی، برنده جایزه ادیسون شد (14+)
سرعت گسترش کائنات مشخص شد (13+)
خلا کوانتومی به انرژی تاریک “راننده جهان ما” نیرو می دهد! (11+)
کشف یکی از 'نخستین' ستارگان عالم (9+)
کشف سیارکی با دو حلقه برای نخستین بار (9+)
مشاهده بلعیده‌شدن یک ابر گازی توسط سیاهچاله (8+)
اولین تصویر از ماده تاریک در قلب کهکشان راه‌شیری (8+)
چرا «لکه سرخ» مشتری هرگز نمی‌میرد؟ (7+)
نزدیکترین مقابله زمین و مریخ پس از شش سال (7+)
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.