Grafen | en av formerna av kol
Grafen är en av formerna av kol. Precis som diamanter och grafit har kolets former (eller "allotroper") olika kristallstrukturer, vilket ger dem olika egenskaper. Grafen är den grundläggande 2D-formen (tvådimensionell) av ett antal 3D-allotroper, t.ex. grafit, kol, fulleren och kolnanorör.
Termen grafen myntades som en kombination av grafit och ändelsen "-ene" av Hanns-Peter Boehm, som beskrev kolfolier i ett enda lager 1962. Grafen är som en honungskaka eller "kycklingtrådsstruktur" som består av kolatomer och deras bindningar. Grafit består av många grafenplattor som är staplade på varandra.
Tre miljoner grafenplattor staplade för att bilda grafit skulle bara vara en millimeter tjocka.
Nobelpriset i fysik 2010 tilldelades Sir Andre Geim och Sir Konstantin Novoselov "för banbrytande experiment med det tvådimensionella materialet grafen".
Superkondensatorer av grafen är en av de möjliga tillämpningarna.
Grafen är ett atomärt bikakestrukturgitter av kolatomer.
Grafenoxid
Ett internationellt team från University of Manchester har tillverkat ett membran av grafenoxid. De visade att det blockerade många gaser och vätskor men släppte igenom vatten. Sir Andre Geim sade: "Heliumgas är svårt att stoppa. Den läcker långsamt till och med genom ett millimetertjockt fönsterglas, men våra ultratunna filmer blockerar den fullständigt. Samtidigt avdunstar vatten obehindrat genom dem. Materialen kan inte bete sig konstigare".
Senaste idén
Membran av grafen kommer att bli ganska bra kulstoppare. Forskning visar att ett atomtjockt lager absorberar en träff bättre än stål. Forskargruppen föreslår att kombinationen av grafen med ett eller flera andra material för att bilda en komposit kan vara vägen framåt.
Grafenbatterier
1. Den interna strukturen
Grafenbatteriets inre struktur är ganska lik den i ett vanligt litiumjonbatteri. Det finns två elektroder och en elektrolytlösning för att möjliggöra laddningsflödet. Skillnaden är att en av elektroderna i grafenbaserade batterier, oftast katoden, ersätts med ett hybridkompositmaterial (fast metall + grafen) som används i stället för en vanlig fast metall.
2. Fördelar
Mindre, smalare batteri: Grafen är ett tvådimensionellt material och består bara av ett enda lager atomer. För att förstå detta bättre kan man säga att när man staplar 3 miljoner lager grafen får man en tjocklek på 1 mm. Detta innebär att grafen skulle göra det möjligt för smartphones att bli smalare än någonsin och ge mer utrymme för ytterligare elektronik och göra det möjligt att placera batterier med högre kapacitet.
Högre kapacitet: Grafen har en högre energikapacitet för samma storlek jämfört med litiumjonbatterier. Litiumjonbatterier kan lagra upp till 180 Wh per kilo, medan grafenbaserade batterier kan lagra upp till 1 000 Wh per kilo. Ett grafenbatteripaket av samma storlek har alltså en högre laddningskapacitet än litiumjonbatterier eller andra vanligt förekommande batterier.
Snabbare laddningstider: Grafen är en utmärkt ledare för elektricitet. Dess tvådimensionella bikakestruktur ger inget motstånd mot elektronernas flöde. Därför kan den laddas snabbt och även ge större uthållighet jämfört med litiumjonbatterier.
Patent på grafen
Uppfinningen av grafen har lett till många patent för dess praktiska tillämpning. År 2013 var resultatet:
- Kinesiska enheter: 2 204
- Enheter i USA: 1,754
- Sydkoreanska enheter: 1,160
- Enheter i Förenade kungariket: 54
Den sydkoreanska elektronikjätten Samsung är det företag som har flest grafenpatent.
Frågor och svar
F: Vad är grafen?
S: Grafen är en av formerna av kol, med en tvådimensionell honungsragg- eller "hönstrådsstruktur" som består av kolatomer och deras bindningar.
F: Hur är grafen relaterat till grafit?
S: Grafit består av många grafenplattor staplade på varandra - tre miljoner grafenplattor staplade på varandra för att bilda grafit skulle bara vara en millimeter tjocka.
Fråga: Vem myntade begreppet grafen?
Svar: Begreppet "grafen" myntades 1962 av Hanns-Peter Boehm som en kombination av grafit och ändelsen "-ene".
Fråga: För vad fick Sir Andre Geim och Sir Konstantin Novoselov Nobelpriset i fysik 2010?
Svar: Sir Andre Geim och Sir Konstantin Novoselov fick Nobelpriset i fysik 2010 "för banbrytande experiment om det tvådimensionella materialet grafen".
F: Vilka är några möjliga tillämpningar av grafen?
S: Möjliga tillämpningar av grafen är bland annat superkondensatorer.
F: Vilka andra former eller allotroper har kol förutom grafen?
S: Andra former eller allotroper som kol har förutom grafen är bland annat diamanter, grafit, träkol, fulleren och kolnanorör.
