กราฟีนคืออะไร?

กราฟีนเป็นวัสดุสองมิติทั่วไปที่ทำจากคาร์บอน เมื่อซ้อนกันเป็นชั้นๆ จะเรียกว่ากราไฟท์ ซึ่งเป็นสารสีเข้มที่คนส่วนใหญ่มักผสมกับดินเหนียวที่เรียกว่าดินสอ "ตะกั่ว"

ด้วยการผสมผสานคุณสมบัติทางโครงสร้าง ความร้อน และแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้กราฟีนได้รับความสนใจอย่างมากจากบทบาทที่เป็นไปได้ในเทคโนโลยีในอนาคตที่หลากหลาย

คาร์บอนทุกๆ อะตอมในแผ่นกราฟีนจะเกาะติดกับอะตอมอื่นๆ อีกสามอะตอมอย่างแน่นหนาที่มุมที่เท่ากัน ทำให้เกิดโครงสร้างแบนคล้ายรวงผึ้ง เช่นเดียวกับเพชร ซึ่งเป็นผลึกคาร์บอนสามมิติที่ทุกอะตอมเชื่อมต่อกับเพื่อนบ้านสี่ตัว พันธะที่แข็งแกร่งเหล่านี้ทำให้โครงสร้างมีความทนทานอย่างมีนัยสำคัญ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งกราฟีนมีความต้านทานแรงดึงอย่างเหลือเชื่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่า เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กตกผลึกเส้นบางๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่ไมโครเมตรกราฟีนมากกว่าหกเท่ายากที่จะแยกออกจากกัน การทดสอบกับเหล็กรูปแบบอื่นที่ไม่เหมาะก่อนหน้านี้แนะนำว่าอาจเป็นร้อยก็ได้แข็งแกร่งขึ้นหลายครั้ง

รูปร่างพื้นฐานของกราฟีนหกเหลี่ยมเป็นพื้นฐานของฟูลเลอรีน ซึ่งเป็นโครงสร้างโมเลกุลกลวงที่ประกอบด้วยโมเลกุลคาร์บอน 60 โมเลกุลขึ้นไป เช่นเดียวกับทรงกลมคาร์บอนที่สวยงามที่เรียกว่า 'บัคกี้บอล- ตาข่ายระดับนาโนบนโครงสร้างเหล่านี้มีความยืดหยุ่นมาก จึงสามารถรีดเป็นกระบอกกลวงได้ ทำให้เป็นภาชนะที่อาจมีประโยชน์ในระดับโมเลกุล

ชั้นกราฟีน บัคกี้บอล และท่อนาโน (mstroeck/Wikimedia commons/GFDL)

เนื่องจากธาตุคาร์บอนมีอิเล็กตรอนอยู่สี่ตัวสำหรับสร้างพันธะ แต่ละอะตอมในแผ่นกราฟีนจะมีอิเล็กตรอนที่ไม่ถูกผูกไว้อย่างน้อยหนึ่งตัวในโมเลกุล ประจุลบที่ไม่ได้ใช้งานนั้นช่วยให้วัสดุได้รับสื่อกระแสไฟฟ้าอย่างไม่น่าเชื่อและคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดซึ่งทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง

เพิ่มความสามารถพิเศษเหล่านี้ในการไม่ซึมผ่านของของเหลวและก๊าซหลายชนิดและความสามารถในการขับไล่น้ำเช่นเดียวกับความโปร่งใสที่น่าทึ่ง และเป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าเหตุใดกราฟีนจึงได้รับการอธิบายว่าเป็น 'วัสดุมหัศจรรย์' เพื่อเฝ้าระวัง.

กราฟีนถูกค้นพบได้อย่างไร?

ในขณะที่คุณสมบัติโครงสร้างพื้นฐานของกราไฟท์ได้รับการพิจารณาจากการทดลองในช่วงต้นศตวรรษที่ 20ทฤษฎีที่แท้จริงข้อแรกเกี่ยวกับเคมีอันเป็นเอกลักษณ์ของกราฟีนไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่งปี 1947 เมื่อนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวแคนาดาฟิลิป รัสเซลล์ วอลเลซพยายามคิดหาวิธีอธิบายคุณสมบัติทางไฟฟ้าของกราไฟท์

ถึงแม้วัสดุจะดูน่าสนใจก็ตาม การบังคับให้กราไฟท์หลุดออกมากกว่าสองสามแผ่นในแต่ละครั้งถือเป็นเรื่องท้าทาย

ในปี พ.ศ. 2547นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ Andre Geim และ Kostya Novoselov คิดค้นวิธีการผลิตปริมาณที่เพียงพอสำหรับการศึกษาโดยการลอกกราฟีนจากกราไฟต์โดยใช้สก๊อตเทปที่เหนียวกว่าฟิล์มเหนียวเพียงเล็กน้อย พวกเขาตั้งแต่นั้นมาได้รับรางวัลโนเบลสำหรับการศึกษาที่ก้าวล้ำเกี่ยวกับเนื้อหานี้

การใช้กราฟีนในอนาคตจะต้องอาศัยวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิจัยมองหานวัตกรรมวิธีการใหม่เพื่อสร้างแผ่นตาข่ายคาร์บอน 2 มิติแบนจำนวนมหาศาล

บทความตามหัวข้อทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยผู้ตรวจสอบข้อเท็จจริงว่ามีความถูกต้องและเกี่ยวข้อง ณ เวลาที่เผยแพร่ ข้อความและรูปภาพอาจมีการเปลี่ยนแปลง ลบ หรือเพิ่มเป็นการตัดสินใจของบรรณาธิการเพื่อให้ข้อมูลเป็นปัจจุบัน