Graphene: Blätter von Kohlenstoff-basierten Nanopartikeln
Wenn Kohlenstoff Blätter bildet, wenn es um drei andere Kohlenstoffatome verbindet sie genannt werden Graphen.Die Nanotechnologie-Forscher haben erst vor kurzem (2004) Blätter von Graphen für Forschungszwecke in der Herstellung erfolgreich.
Gemeinsame Graphit ist das Material in Bleistift Blei, und es besteht aus Graphen-Schichten gestapelt zusammen. Die Blätter von Graphen in Graphit haben einen Raum zwischen jedem Blatt, und die Blätter werden durch die elektrostatische Kraft namens van der Waals-Bindung statt.
Graphene Blätter sind Atome von Kohlenstoff gebunden in hexagonalen Formen mit jedem Kohlenstoffatom kovalent gebunden an drei andere Kohlenstoffatomen zusammengesetzt ist. Jedes Blatt von Graphen ist nur ein Atom dick, und jedes Graphenschicht wird ein einzelnes Molekül betrachtet. Graphene hat die gleiche Struktur von Kohlenstoff in hexagonales Formen verbundenen Atomen Kohlenstoff-Nanoröhren zu bilden, aber Graphen ist flach statt zylindrisch.
Wegen der Stärke der kovalenten Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen besitzt Graphen eine sehr hohe Zugfestigkeit. (Grundsätzlich Zug bezieht sich auf, wie viel Sie etwas strecken kann, bevor es bricht.)
Darüber hinaus Graphen, im Gegensatz zu einem buckyball oder Nanoröhrchen hat keine innen, weil es flach ist. Buckyballs und Nanoröhren, in denen jedes Atom auf der Oberfläche ist, kann sie umgebenden nur mit Molekülen interagieren. Für Graphen ist jedes Atom auf der Oberfläche und ist von beiden Seiten zugänglich ist, so gibt es mehr Wechselwirkung mit umgebenden Molekülen.
Schließlich werden in Graphen, Kohlenstoffatome auf nur drei andere Atome gebunden ist, obwohl sie die Fähigkeit zur Bindung an einen vierten Atom aufweisen. Diese Möglichkeit, kombiniert mit großer Zugfestigkeit und die hohe Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, machen es in Verbundmaterialien sehr nützlich.
Forscher haben berichtet, dass in einer Epoxy-Graphen Mischen in der gleichen Menge erhöhte Festigkeit des Materials resultiert, wie gefunden wurde, wenn sie zehnmal verwendet, um das Gewicht der Kohlenstoffnanoröhren.
Ein Schlüssel elektrische Eigenschaft von Graphen ist die Elektronenbeweglichkeit (die Geschwindigkeit, mit der Elektronen in ihr zu bewegen, wenn eine Spannung angelegt wird). Graphene die Elektronenmobilität ist schneller als jedes bekannte Material und Forscher entwickeln Methoden Transistoren auf Graphen zu erstellen, die viel schneller als die Transistoren gegenwärtig auf Silizium-Wafern aufgebaut wäre.
Eine weitere interessante Anwendung für Graphen entwickelt nutzt die Tatsache, dass der Bogen nur so dick wie ein Kohlenstoffatom ist. Forscher haben herausgefunden, dass sie nanopores verwenden können, um schnell die Struktur der DNA zu analysieren.
Wenn ein DNA-Molekül eine Nanopore durchläuft, die eine Spannung an sie angelegt ist, können Forscher die Struktur der DNA durch Änderungen in elektrischen Strom bestimmen. Weil Graphen so dünn ist, wird die Struktur eines DNA-Moleküls mit einer höheren Auflösung, wenn es einen Nanopore Schnitt in einem Graphen-Blatt durchläuft.