غرافين

الجرافين مكون من كربون في هيئة بنية بلورية سداسية في طبقة واحدة.

الغرافين مادة متآصلة من الكربون، ثنائية الأبعاد بنيتها البلورية سداسية (وتسمى أيضا قرص العسل أوسلك الدجاج). وهي أحمل مادة معروفة على الإطلاق حتى الآن، يعادل سمكها ذرة كربون واحدة فقط، ورغم ذلك تعتبر إحدى أقوى (أمتن) المواد المعروفة. تعتبر من موصلات الكهرباء وكفائتها ذات كفاءة النحاس، وهي أفضل موصل للحرارة على الإطلاق، وتكاد مادة الجرافين تكون شفافة تمامًا، ورغم ذلك فهي أيضًا كثيفة للغاية لدرجة عدم سماحها بعبور أصغر ذرة (الهيليوم) من خلال هيكلها السداسي.

وطورها عالمان روسيان من جامعة مانشستر سنة 2004 وحاز كلاهما على جائزة نوبل في الفيزياء سنة 2010، وهما أندريه غييم وكونستانتين نوفوسيلوف - وهي . المادة تعبير عن صفيحة بطول 50 ذرة وعرض ذرة واحدة. أبرز مزايا هذه المادة هي السرعة الفائقة لإلكتروناتها، حيث تبلغ (44000 سم²\ ث.ف) عند درجة حرارة الغرفة. فيتسقط لهذه المادة حتى تساعد في حمل سرعة الحواسيب وشاشات اللمس إلى مستويات عليا. حيث ذكر باحثون من آي بي إم في صفر 1431 هـ \ فبراير 2010 أنهم حققوا سرعات تصل إلى 100 جيجاهرتز باستعمال مقحل (ترانزستور) من مادة الغرافين.. ومن الأسباب كذلك التي تدعم مادة الغرافين إمكانية تشويب مادة الغرافين وصنع نبيطة بخطوة واحدة.. الأمر الذي يرشحه لإزاحة السيليكون عن عرش أشباه الموصلات.

جزء من سلسلة من الموضوعات حول

طب النانو

الإنتاج

دعيت المادة بالغرافين لإنها مشتقة من الغرافيت حيث حتى طبقات عديدة من الغرافين تكون الغرافيت. وتنتج بعدة طرق أهمها واكثرها استعمالا هوتقشيره من الغرافيت باستخدام الشريط اللاصق. الطريقة الأخرى التي يجرى عليها ابحاث والتي تمكننا من تصنيعه على مستوى كبير هي الترسيب الكيميائي للبخار. الطريقة الثانية لديها عدة مشاكل منها : تكون عدة طبقات من الغرافين وفقدانه لبعض خواصه. تعرض بلورة الغرافيت لمحاليل لأحماض، مثل حمض الآزوت وحمض الكبريت.

الشكل

يتخذ الغرافين شكل شبكة تشبه قرص العسل, الغرافين المثاليقد يكون على هيئة سداسية لكن عيوب التصنيع من الممكن تخلفه إلى هيئة خماسية أوسباعية. ويعد حجر أساس يمكن حتى تشكل منه أي مادة كربونية حتى الغرافيت ذاته إضافة للفولرين وألياف الكربون. على سبيل المثال 15 خماسي غرافين يشكلون فولرين. يعد تصنيع الغرافين على هيئة سداسية مستوية أمرا عسيرا وباهظا، حيث تكلف عينة بحجم شعرة الرأس 1000 دولار أمريكي . لكن هذا لم يقف عائقا أمام إنتاج رقاقة غرافين بقطر 100 ملم في جامعة ولاية بنسلفانيا يتسقطون لها نظريا حتى تفوق سرعة رقاقة السيليكون 100 مرة.

الاستعمالات الصناعية

يُعتقد على نطاق واسع حتى مادة الغرافين هي البديل لمادة السليكون. إذا مميزات مادة الغرافين لا تكاد تٌضاهى فهي صلبة جدا ورقيقة وثمنها مناسب. تقوم الكثير من الشركات حاليا بمحاولات للاستثمار فيها. إن تصور الاستخدامات المستقبلية للغرافين يُمكن مقارنته باستخدام البلاستك (النايلون).

الغرافين والبيئة

اكتشف فهماء من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد حتى الغرافين الذي قد يشكل ثورة في مجالات عديدة من التكنولوجيا، ليس آمنا. حيث حتى الدراسة الأخيرة أظهرت أنه عند تسرب الغرافين إلى المياه الجوفية، يبدأ هيكله السداسي في الانهيار. وسرعان ما تفقد الجزيئات استقرارها، ولذلك لا يمكنها حتى تسبب ضررا كبيرا. ولكن التلوث بالغرافين في المياه السطحية، حيث تكثر العناصر العضوية، قد يحدث أكثر خطورة. تعد الزوايا الحادة لجزيئات النانوللغرافين قادرة على بتر غشاء خلايا الكائنات الحية. لذلك، يدعوالفهماء إلى دراسة خصائص الغرافين بشكل دقيق قبل بدء استخدامه في صناعة الإلكترونيات بنشاط.

انظر أيضًا

أندري جيم
كونستانتين نوفوسيلوف
ماهر القاضي

مراجع

↑ تقرير من مسقط روسيا اليوم. نسخة محفوظة 07 2يناير5 على مسقط واي باك مشين.
^ معهد الجرافين التابع لجامعة مانشستر نسخة محفوظةعشرة ديسمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ http://www.theregister.co.uk/2010/02/05/ibm_graphene_transistor/ سرعة مقحل الغرافين
^ . مؤرشف من الأصل في 19 ديسمبر 2016. اطلع عليه بتاريخ 30 ديسمبر 2019. Invalid |script-title=: missing prefix (مساعدة)
^ Graphene - definition of graphene نسخة محفوظة 24 فبراير 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Error | EDN