Graphène avec des propriétés uniques et des perspectives d'application

  • Structure stable, haute résistance.
  • Excellente conductivité électrique et thermique.
  • Présenter une bonne solubilité dans les solutions non polaires.
Graphene structure after magnification
Description

Le terme Graphène Est dérivé du graphite et du suffixe nommant des alcènes (ène), indiquant un réseau à l'échelle atomique que la couche atomique unique de carbone s'est étendue sans fin. C'est-à-dire, une seule couche de feuille de graphite, qui est un matériau de carbone bidimensionnel et est une unité de base de divers allotropes de carbone tels que le graphène, le charbon de bois, les nanotubes de carbone, les fullerènes, etc. En outre, c'est également un terme général pour le graphène monocouche, le graphène double couche et le graphène à quelques couches. En fait, une seule couche ou quelques couches d'atomes de carbone (couche de graphène) peuvent être appelées graphène. Le graphène est actuellement le matériau le plus mince produit artificiellement dans le monde, avec une épaisseur d'un seul atome de carbone seulement 0,335 nm.

Le graphène parfait a une structure cristalline bidimensionnelle idéale composée de réseaux hexagonaux. Chaque atome de carbone est relié à trois autres atomes de carbone par une forte liaison covalente ICHO, formant une liaison C-C forte. De plus, chaque atome de carbone apporte un électron л non bodant, et ces électrons л forment une orbitale л perpendiculaire au plan. Ces électrons л peuvent se déplacer librement dans le cristal, dotant graphène avec une excellente résistance mécanique et la conductivité. Par conséquent, le graphène est un nanomatériau carbone bidimensionnel constitué d'atomes de carbone dans un réseau hexagonal en nid d'abeille avec des orbitales hybrides sp2.

Les matériaux de graphène se réfèrent aux matériaux de carbone bidimensionnels liés au graphène avec pas plus de 10 couches d'atomes de carbone, y compris le graphène monocouche, le graphène double couche, le graphène peu couche, le graphène, l'oxyde de graphène monocouche, l'oxyde de graphène réduit, le graphène, et graphène fonctionnalisé.

Le graphène et les matériaux liés au graphène sont largement utilisés dans les matériaux d'électrode de batterie, les dispositifs à semi-conducteurs, les écrans transparents, les capteurs, les condensateurs, les transistors, etc. Compte tenu des excellentes propriétés des matériaux de graphène et de leurs applications potentielles, une série de progrès significatifs ont été réalisés dans un large éventail de disciplines, y compris la chimie, la science des matériaux, la physique, la biologie, les sciences de l'environnement et l'énergie.

Propriétés
  • Structure stable
    Il a une structure cristalline stable avec une longueur de liaison C-C de 0,142 nm.
  • Propriétés mécaniques
    C'est l'un des matériaux les plus solides connus et a une bonne ténacité. Il a un module de Young théorique de 1,0 TPa et une résistance à la traction intrinsèque de 130 GPa.
  • Effet électronique
    Il a une mobilité de porteur d'environ 15 000 cm2/(V·s) à température ambiante, qui est des dizaines de fois plus élevé que celui des matériaux conventionnels de silicium de semi-conducteur.
  • Conductivité thermique
    Le graphène simple couche pur théoriquement sans défaut a une conductivité thermique allant jusqu'à 5300 W/mK. Lorsqu'il est utilisé comme support, il a une conductivité thermique allant jusqu'à 600 W/mK
  • Propriétés optiques
    Il a une absorption d'environ 2.3% à travers une large gamme de longueurs d'onde, et semble presque transparent.
  • Solubilité
    Il présente une bonne solubilité dans les solutions non polaires et possède des propriétés superhydrophobes et superoléophiles.
  • Point de fusion
    Son point de fusion a été estimé à environ 4125 K dans une étude de 2015, bien que d'autres recherches suggèrent qu'il pourrait être plus proche de 5000 K.
  • Propriétés chimiques
    Chimiquement, il est similaire au graphite et peut adsorber et désorber divers atomes et molécules.
  • Biocompatiblité
    L'implantation d'ions carboxylate peut faire en sorte que la surface du matériau de graphène possède des groupes fonctionnels actifs, améliorant ainsi de manière significative l'activité de réponse cellulaire et biologique du matériau.
  • Réaction d'addition
    La double liaison sur le graphène peut être utilisée pour joindre les groupes requis par une réaction d'addition.