Grafeni: Më i fortë se çeliku, më i lehtë se letra

Last updated Dec 28, 2020

Në vitin 2004, dy shkencëtarë në Universitetin e Mançesterit zhvilluan një eksperiment të thjeshtë mashtrues me rezultate potencialisht të ndryshueshme në botë. Studiuesit, Andre Geim dhe Konstantin Novoselov, po luanin me grafit, atë që është në majë të lapsit tuaj. Grafit është bërë nga shtresa super të holla karboni të pastër të grumbulluar njëra mbi tjetrën. Geim dhe Novoselov dëshironin të shihnin nëse mund të izolonin një shtresë të vetme grafit; një shtresë tepër e hollë karboni u mat vetëm një atom i trashë. Ky proces është bërë me metodën e shiritit ngjitës. Dhe grafeni u zbulua.

Duke izoluar një shtresë të vetme karboni, Geim dhe Novoselov zbuluan një material krejt të ri të quajtur grafen, i cili tani besohet të jetë materiali më i fortë, më i lehtë dhe më përçues elektrik në botë. Në vitin 2010, Geim dhe Novoselov ndanë Çmimin Nobel për Fizikë për zbulimin e tyre të Grafenit, më pas studiuesit në të gjithë botën filluan të kërkonin mënyra për të përdorur këtë “super material” të jashtëzakonshëm për të krijuar bateri më të forta dhe më afatgjata, mikroçipa më të shpejtë, biosensorë të integrueshëm.

Pse Grafeni është një super material?

Grafeni është 200 herë më i fortë se çeliku në krahasim me peshën e tij.

Është 1000 herë më e lehtë se letra.

Është 98 për qind transparente.

Ai përçon energji elektrike në temperaturën e dhomës më mirë se çdo material tjetër i njohur.

Dhe së fundmi, grafeni është bërë nga karboni, elementi i katërt më i përhapur në univers, kështu që nuk ka asnjë mundësi zhdukjeje.

Grafeni e merr këtë super forcë nga struktura e tij. Nëse mund të zmadhoni mjaftueshëm, do të shihni se një fletë grafeni duket si një huall mjalti në shkallë atomike. Të gjithë atomet e karbonit individualisht janë rregulluar në një model gjashtëkëndor të ngjashëm me telin e pulës. Secili atom karboni në një fletë grafeni është i lidhur në mënyrë kovalente me tre substanca të tjera të karbonit, duke i dhënë materialit një forcë të pabesueshme.

Pse Grafeni përçon energjinë elektrike kaq mirë?

Përsëri, për shkak të mënyrës së bashkimit të këtyre atomeve të karbonit. Secili atom karboni ka katër elektrone në mbështjellësin e tij të jashtme, por vetëm tre prej këtyre elektroneve ndahen me tre atome karboni. Elektroni i mbetur quhet elektron pi dhe është i lirë të lëvizë nëpër hapësirën tre-dimensionale, duke e lejuar atë të transmetojë ngarkesa elektrike përmes fletës së Grafenit pa asnjë rezistencë.

Këndi magjik

Kur një grup studiuesish nga MIT eksperimentuan me grafen me dy shtresa, ata panë që grafeni u bë një superpërçues kur ata i kthyen shtresat me njëra-tjetrën pak jashtë linjës – një zhvendosje prej saktësisht 1,1 gradë. Superpërçuesit janë klasa më e rrallë e materialeve që përçojnë energji elektrike pa absolutisht asnjë rezistencë dhe nxehtësi zero. Zbulimi i “këndit magjik” të Grafenit krijoi valë tronditëse në komunitetin shkencor. Megjithëse eksperimenti u krye në temperatura jashtëzakonisht të ulëta, duke kombinuar Grafenin me elementë të tjerë superpërçues, ai zbuloi mundësinë e të qenit më afër superpërcjellshmërisë në temperaturën e dhomës se kurrë më parë. Një sukses i tillë do të rriste rrënjësisht efikasitetin e energjisë të gjithçkaje, nga pajisjet në makina dhe rrjetet e tëra elektrike.

Si Grafeni mund të transformojë teknologjinë?

Konsumatorët mezi po presin bateri të bazuara në grafen për vite me rradhë. Bateritë e jonit litium në të gjitha pajisjet tona janë relativisht të ngadalta në mbushje, humbin lëngjet specifike shpejt dhe digjen pas një numri të caktuar ciklesh. Kjo sepse procesi elektrokimik që furnizon bateritë litium-jon gjeneron shumë nxehtësi. Por për shkak se grafeni është përcjellësi elektrik më efikas në botë, gjeneron shumë më pak nxehtësi gjatë mbushjes ose shkarkimit të energjisë elektrike. Bateritë me bazë Grafeni premtojnë pesë herë mbushje më të shpejtë sesa joni litium, tre herë jetë më të gjatë të baterisë dhe pesë herë më shumë cikle pa pasur nevojë të zëvendësohen. Kjo mund të jetë pak larg nga tani, sepse e gjithë industria është e ndërtuar mbi teknologjinë e baterive litium-jon.

Përdorime të tjera të Grafenit

Shëndetësia

Biosensorë; Imagjinoni një çip tepër të hollë dhe fleksibël që mund të injektohet në qarkullimin e gjakut për të monitoruar të dhëna shëndetësore në kohë reale siç janë nivelet e insulinës ose presionin e gjakut. Ose një ndërfaqe grafeni që dërgon një sinjal në tru për të zbuluar dhe madje parandaluar një krizë epileptike të afërt. Sensorë të hollë dhe të shtrirë mund të bashkëngjiten në lëkurë ose të enden në pëlhurën e veshjeve.

Imazhe

Fotonika është një fushë tjetër që tashmë përmban grafen. Duke integruar grafenin në çipa të ndjeshme ndaj dritës, kamerat dhe sensorë të tjerë mund të rrisin ndjeshëm ndjeshmërinë edhe ndaj valëve të dritës më të dobëta në spektrin e dukshëm dhe të padukshëm. Kjo jo vetëm që do të përmirësojë cilësinë e imazhit të kamerave dhe teleskopëve, por gjithashtu do të përmirësojë imazhet mjekësore.

Përgatiti dhe përshtati:

STUDENTET.MK