独自の特性と応用の展望を持つグラフェン

  • 安定した構造、高力。
  • 優れた電気 & 熱伝導率。
  • 非極性溶液への良好な溶解性を示します。
Graphene structure after magnification
説明

用語 グラフェン はグラファイトとアルケン (エン) の命名接尾辞に由来し、炭素の単一原子層が際限なく伸びていることを示す原子規模のネットワークを示しています。 すなわち、グラファイトシートの単層は、2次元炭素材料であり、グラフェン、木炭、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの様々な炭素同素体の基本単位である。 また、単層グラフェン、二層グラフェン、および少数層グラフェンの一般的な用語でもあります。 実際、単層または数層の炭素原子 (グラフェン層) をグラフェンと呼ぶことができます。 グラフェンは現在、人工的に製造された世界で最も薄い材料であり、単一の炭素原子の厚さはわずか0.335nmです。

完璧なグラフェンは、六角形の格子で構成される理想的な2次元結晶構造を持っています。 各炭素原子は、強い σ 共有結合を介して他の3つの炭素原子に接続され、強いC-C結合を形成します。 さらに、各炭素原子は非ボーディング л 電子に寄与し、これらの л 電子は平面に垂直な л 軌道を形成します。 これらの л 電子は結晶内を自由に移動でき、グラフェンに優れた機械的強度と導電率を与えます。 したがって、グラフェンは、sp2ハイブリッド軌道を備えた六角形のハニカム格子内の炭素原子で構成される2次元のカーボンナノ材料です。

グラフェン材料とは、単層グラフェン、二層グラフェン、少数層グラフェン、グラフェン、単層グラフェン、酸化グラフェン、単層を含む、炭素原子層が10層以下のグラフェン関連の2次元炭素材料を指します。層還元グラフェン酸化物、還元グラフェン、そして官能化されたグラフェン。

グラフェンおよびグラフェン関連材料は、電池電極材料、半導体デバイス、透明ディスプレイ、センサー、コンデンサ、トランジスタなどに広く使用されています。 グラフェン材料の優れた特性とその潜在的な用途を考えると、化学、材料科学、物理学、生物学、環境科学、エネルギーなど、幅広い分野で一連の重要な進歩が見られました。

プロパティ
  • 安定した構造
    これは、0.142nmのC-C結合長を有する安定した結晶構造を有する。
  • 機械特性
    それは知られている最も強い材料の1つであり、良好な靭性を有する。 理論上のヤング率は1.0TPa、固有引張強度は130 GPaです。
  • 電子効果
    キャリアの可動性は約15,000 cm2/(V·s) 室温で、これは従来の半導体シリコン材料の数十倍です。
  • 熱伝導率
    理論的には、欠陥のない純粋な単層グラフェンの熱伝導率は最大5300 W/mKです。 キャリアとして使用すると、最大600 W/mKの熱伝導率があります
  • 光学特性
    広範囲の波長にわたって約2.3%の吸収を持ち、ほぼ透明に見えます。
  • 溶解度
    それは非極性溶液で良好な溶解性を示し、超疎水性および超好酸性の特性を持っています。
  • 融点
    その融点は2015年の研究で約4125 Kと推定されましたが、他の研究では5000 Kに近い可能性があることが示唆されています。
  • 化学特性
    化学的には、グラファイトに似ており、さまざまな原子や分子を吸着および脱着できます。
  • 生体適合性
    カルボン酸イオンを注入すると、グラフェン材料の表面が活性官能基を持つようになり、材料の細胞および生物学的応答活性が大幅に向上します。
  • 追加反応
    グラフェン上の二重結合を使用して、付加反応を通じて必要な基を結合できます。