ગ્રેફાઇન અને ગ્રેફાઇટ વચ્ચે શું તફાવત છે?

એક નોંધપાત્ર રાસાયણિક તત્વ, કાર્બન એ રાસાયણિક તત્વોના સામયિક કોષ્ટકના બીજા સમયગાળાના ચૌદમા જૂથમાં સહેલાઇથી 6 નંબર પર બેસે છે. પ્રાચીન કાળથી, લોકો હીરા અને ગ્રેફાઇટને ઓળખે છે, આ તત્વના અત્યાર સુધીમાં શોધાયેલા નવ કરતાં વધુ એલોટ્રોપિક ફેરફારોમાંથી બે. માર્ગ દ્વારા, આધુનિક વિજ્ઞાન માટે જાણીતા એલોટ્રોપિક ફેરફારોની સંખ્યા અન્ય પદાર્થોની તુલનામાં તે કાર્બન છે જે સૌથી વધુ ધરાવે છે.

એલોટ્રોપી એ બે અથવા વધુ સાદા પદાર્થોના સ્વરૂપમાં સમાન રાસાયણિક તત્વના અસ્તિત્વની સંભાવના સૂચવે છે, કહેવાતા એલોટ્રોપિક સ્વરૂપો અથવા એલોટ્રોપિક ફેરફારો, જે આ પદાર્થોમાં બંધારણ અને ગુણધર્મો બંનેમાં તફાવતનું કારણ બને છે. તેથી, કાર્બનમાં આવા 8 મૂળભૂત સ્વરૂપો છે: હીરા, ગ્રેફાઇટ, લોન્સડેલાઇટ, ફુલરેન્સ (C60, C540 અને C70), આકારહીન કાર્બન અને સિંગલ-દિવાલવાળા નેનોટ્યુબ.

કાર્બનના આ સ્વરૂપોમાં સંપૂર્ણપણે અલગ ગુણધર્મો અને પાત્ર છે: નરમ અને સખત, પારદર્શક અને અપારદર્શક, સસ્તા અને ખર્ચાળ પદાર્થો. જો કે, ચાલો બે સમાન કાર્બન ફેરફારોની તુલના કરીએ - ગ્રેફાઇટ અને ગ્રાફીન.

અમે બધા શાળા સમયથી ગ્રેફિટીથી પરિચિત છીએ.સામાન્ય પેન્સિલની લીડ બરાબર ગ્રેફાઇટ છે. તે સ્પર્શ માટે એકદમ નરમ, લપસણો અને ચીકણું છે, સ્ફટિકો પ્લેટો છે, પરમાણુના સ્તરો એક બીજાની ઉપર સ્થિત છે, તેથી જ્યારે ઘસવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કાગળ પર, ગ્રેફાઇટના સ્તરવાળી સ્ફટિક રચનાના વ્યક્તિગત ટુકડાઓ સરળતાથી છાલ થઈ જાય છે. , કાગળ પર લાક્ષણિક શ્યામ ટ્રેસ છોડીને.

ગ્રેફાઇટ વિદ્યુત પ્રવાહને સારી રીતે વહન કરે છે, તેનો પ્રતિકાર સરેરાશ 11 ઓહ્મ * mm2/m છે, પરંતુ ગ્રેફાઇટની વાહકતા તેના સ્ફટિકોની કુદરતી એનિસોટ્રોપીને કારણે સમાન નથી. આમ, ક્રિસ્ટલના વિમાનો સાથેની વાહકતા આ વિમાનોની વાહકતા કરતાં સેંકડો ગણી વધારે છે. ગ્રેફાઇટની ઘનતા 2.08 થી 2.23 g/cm3 છે.

પ્રકૃતિમાં, ગ્રેફાઇટ અગ્નિકૃત અને જ્વાળામુખીના ખડકોમાં, સ્કર્ન્સ અને પેગ્મેટાઇટ્સમાં ઊંચા તાપમાને રચાય છે. તે હાઇડ્રોથર્મલ મધ્યવર્તી તાપમાન પોલિમેટાલિક થાપણોમાં ખનિજો સાથે ક્વાર્ટઝ નસોમાં થાય છે. તે મેટામોર્ફિક ખડકોમાં વ્યાપકપણે વિતરિત થાય છે.

આમ, 1907 થી, મેડાગાસ્કર ટાપુ પર કુદરતી ફ્લેક ગ્રેફાઇટનો વિશ્વનો સૌથી મોટો ભંડાર વિકસાવવામાં આવ્યો છે. આ ટાપુમાં પ્રિકેમ્બ્રીયન મેટામોર્ફિક ખડકોનો સમાવેશ થાય છે જે 4,000-4,600 ફૂટના હાઈપ્સમેટ્રિક ચિહ્નો સાથે પર્વતીય ભૂપ્રદેશમાં સપાટી પર ઉગે છે. ગ્રેફાઇટ અહીં 400 માઇલ લાંબા પટ્ટામાં જોવા મળે છે અને ટાપુના મધ્યના પૂર્વ ભાગમાં પર્વતો પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે.

ગ્રેફિન, ગ્રેફાઇટથી વિપરીત, બલ્ક ક્રિસ્ટલ માળખું ધરાવતું નથી; તે દ્વિ-પરિમાણીય ષટ્કોણ સ્ફટિક જાળી ધરાવે છે, માત્ર એક અણુ જાડું છે. આવા એલોટ્રોપિક ફેરફારમાં, કાર્બન કુદરતી રીતે બનતું નથી, પરંતુ સૈદ્ધાંતિક રીતે કૃત્રિમ રીતે મેળવી શકાય છે. આપણે કહી શકીએ કે ગ્રેફાઇટના બહુ-સ્તરીય બલ્ક ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચરથી ઇરાદાપૂર્વક અલગ કરાયેલું પ્લેન આ જ ગ્રાફીન હશે.

આ સ્વરૂપમાં દ્રવ્યની અસ્થિરતાને કારણે વૈજ્ઞાનિકો શરૂઆતમાં એક સરળ દ્વિ-પરિમાણીય ફિલ્મના સ્વરૂપમાં ગ્રાફીન મેળવવામાં અસમર્થ હતા. જો કે, સિલિકોન ઓક્સાઇડ સબસ્ટ્રેટ પર (ડાઇલેક્ટ્રિક સ્તર સાથેના બંધનને કારણે) હજુ પણ એક-અણુ-જાડા ગ્રાફીન મેળવવાનું શક્ય હતું: 2004 માં, રશિયન વૈજ્ઞાનિકો એન્ડ્રે જીમ અને માન્ચેસ્ટર યુનિવર્સિટીના કોન્સ્ટેન્ટિન નોવોસેલોવે વિજ્ઞાનમાં એક અહેવાલ પ્રકાશિત કર્યો હતો. આ રીતે ગ્રાફીન મેળવવા પર.

અને આજે પણ, સંશોધન માટે ગ્રાફીન મેળવવાની આવી સરળ પદ્ધતિઓ, જેમ કે એડહેસિવ ટેપ (અને સમાન પદ્ધતિઓ) નો ઉપયોગ કરીને બલ્ક ગ્રેફાઇટ ક્રિસ્ટલમાંથી કાર્બન મોનોલેયરનું યાંત્રિક એક્સ્ફોલિયેશન, વાજબી છે.

સંશોધકો માને છે કે તેમની પ્રગતિ માટે આભાર, ગ્રાફીન-આધારિત નેનોઈલેક્ટ્રોનિક્સનો એક નવો વર્ગ ટૂંક સમયમાં ઉભરી આવશે, જ્યાં ફિલ્ડ-ઈફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર 10 એનએમથી ઓછા જાડા હશે. હકીકત એ છે કે ગ્રાફીનમાં ઇલેક્ટ્રોનની ગતિશીલતા એટલી ઊંચી છે (10,000 cm2/V*s) કે તે આજે પરંપરાગત સિલિકોનનો સૌથી આશાસ્પદ વિકલ્પ લાગે છે.

ઉચ્ચ વાહક ગતિશીલતા એ ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોની એપ્લાઇડ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની અસરને ખૂબ જ ઝડપથી પ્રતિસાદ આપવાની ક્ષમતા છે, અને આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સના મૂળભૂત ઓપરેટિંગ યુનિટ, ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર માટે આ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.

વિવિધ જૈવિક અને રાસાયણિક સેન્સર્સ, તેમજ ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણો અને ટચ સ્ક્રીનો માટે પાતળી ફિલ્મો બનાવવાની સંભાવનાઓ પણ છે. આ બધા હોવા છતાં, ગ્રેફિનની થર્મલ વાહકતા તાંબા કરતા 10 ગણી વધારે છે, અને આ માપદંડ હંમેશા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.