Graphene is, basically, a single at

Graphene is, basically, a single atomic layer of graphite; an abundant mineral which is an allotrope of carbon that is made up of very tightly bonded carbon atoms organised into a hexagonal lattice. What makes graphene so special is its sp2 hybridisation and very thin atomic thickness (of 0.345Nm). These properties are what enable graphene to break so many records in terms of strength, electricity and heat conduction (as well as many others). Now, let’s explore just what makes graphene so special, what are its intrinsic properties that separate it from other forms of carbon, and other 2D crystalline compounds?

Fundamental Characteristics

Before monolayer graphene was isolated in 2004, it was theoretically believed that two dimensional compounds could not exist due to thermal instability when separated. However, once graphene was isolated, it was clear that it was actually possible, and it took scientists some time to find out exactly how. After suspended graphene sheets were studied by transmission electron microscopy, scientists believed that they found the reason to be due to slight rippling in the graphene, modifying the structure of the material. However, later research suggests that it is actually due to the fact that the carbon to carbon bonds in graphene are so small and strong that they prevent thermal fluctuations from destabilizing it.

Electronic Properties

One of the most useful properties of graphene is that it is a zero-overlap semimetal (with both holes and electrons as charge carriers) with very high electrical conductivity. Carbon atoms have a total of 6 electrons; 2 in the inner shell and 4 in the outer shell. The 4 outer shell electrons in an individual carbon atom are available for chemical bonding, but in graphene, each atom is connected to 3 other carbon atoms on the two dimensional plane, leaving 1 electron freely available in the third dimension for electronic conduction. These highly-mobile electrons are called pi (π) electrons and are located above and below the graphene sheet. These pi orbitals overlap and help to enhance the carbon to carbon bonds in graphene. Fundamentally, the electronic properties of graphene are dictated by the bonding and anti-bonding (the valance and conduction bands) of these pi orbitals.

Combined research over the last 50 years has proved that at the Dirac point in graphene, electrons and holes have zero effective mass. This occurs because the energy – movement relation (the spectrum for excitations) is linear for low energies near the 6 individual corners of the Brillouin zone. These electrons and holes are known as Dirac fermions, or Graphinos, and the 6 corners of the Brillouin zone are known as the Dirac points. Due to the zero density of states at the Dirac points, electronic conductivity is actually quite low. However, the Fermi level can be changed by doping (with electrons or holes) to create a material that is potentially better at conducting electricity than, for example, copper at room temperature.

Tests have shown that the electronic mobility of graphene is very high, with previously reported results above 15,000 cm2·V−1·s−1 and theoretically potential limits of 200,000 cm2·V−1·s−1 (limited by the scattering of graphene’s acoustic photons). It is said that graphene electrons act very much like photons in their mobility due to their lack of mass. These charge carriers are able to travel sub-micrometer distances without scattering; a phenomenon known as ballistic transport. However, the quality of the graphene and the substrate that is used will be the limiting factors. With silicon dioxide as the substrate, for example, mobility is potentially limited to 40,000 cm2·V−1·s−1.
Mechanical Strength

Another of graphene’s stand-out properties is its inherent strength. Due to the strength of its 0.142 Nm-long carbon bonds, graphene is the strongest material ever discovered, with an ultimate tensile strength of 130,000,000,000 Pascals (or 130 gigapascals), compared to 400,000,000 for A36 structural steel, or 375,700,000 for Aramid (Kevlar). Not only is graphene extraordinarily strong, it is also very light at 0.77milligrams per square metre (for comparison purposes, 1 square metre of paper is roughly 1000 times heavier). It is often said that a single sheet of graphene (being only 1 atom thick), sufficient in size enough to cover a whole football field, would weigh under 1 single gram.

What makes this particularly special is that graphene also contains elastic properties, being able to retain its initial size after strain. In 2007, Atomic force microscopic (AFM) tests were carried out on graphene sheets that were suspended over silicone dioxide cavities. These tests showed that graphene sheets (with thicknesses of between 2 and 8 Nm) had spring constants in the region of 1-5 N/m and a Young’s modulus (different to that of three-dimensional graphite) of 0.5 TPa. Again, these superlative figures are based on theoretical prospects using

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

กราฟีนเป็น พื้น ชั้นอะตอมเดียวของแกรไฟต์ แร่อุดมสมบูรณ์ซึ่งเป็นการ allotrope ของคาร์บอนที่มีอะตอมของคาร์บอนมากแน่นผูกเป็นตาข่ายหกเหลี่ยม สิ่งที่ทำให้กราฟีนมีความพิเศษคือ sp2 hybridisation และบางมากอะตอมความหนา (0.345Nm) คุณสมบัติเหล่านี้คือ สิ่งที่ช่วยแกรฟีนแบ่งระเบียนจำนวนมากในแง่ของความแข็งแรง ไฟฟ้า และความร้อนนำ (เช่นเดียว กับอื่น ๆ อีกมากมาย) ขณะนี้ ลองสำรวจเพียงสิ่งที่ทำให้กราฟีนพิเศษ คุณสมบัติของลักษณะที่แยกออกจากแบบฟอร์มอื่น ๆ ของคาร์บอน และสารประกอบอื่น ๆ ผลึก 2D คืออะไรลักษณะพื้นฐานก่อน monolayer graphene ถูกแยกในปี 2004 ก็ในทางทฤษฎีเชื่อว่า สารทั้งสองมิติอาจมีอยู่เนื่องจากความไม่แน่นอนความร้อนเมื่อถูกแยก อย่างไรก็ตาม เมื่อแยกกราฟีน มันเป็นที่ชัดเจนว่า มันเป็นไปได้จริง และใช้นักวิทยาศาสตร์เวลาเพื่อหาว่าวิธีการ หลังจากที่มีศึกษาแผ่นแกรฟีนถูกระงับ โดยส่งชาวดัตช์ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า พวกเขาพบว่าสาเหตุเกิดจาก rippling เล็กน้อยในฟีน ปรับเปลี่ยนโครงสร้างของวัสดุ อย่างไรก็ตาม หลังวิจัยแสดงให้เห็นว่า มันเป็นจริง เพราะความจริงที่ว่า พันธะคาร์บอนกับคาร์บอนในกราฟีน มีขนาดเล็กมากแข็งแกร่งที่พวกเขาป้องกันความผันผวนของความร้อนจาก destabilizing มันคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์หนึ่งในคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากที่สุดของกราฟีนคือว่า มันเป็นที่ทับซ้อนศูนย์ semimetal (กับหลุมและอิเล็กตรอนคิดค่าบริการ) ด้วยการนำไฟฟ้าสูงมาก อะตอมของคาร์บอนมีทั้งหมด 6 อิเล็กตรอน 2 ใน 4 ในเปลือกนอกและเปลือกด้าน 4 เปลือกนอกอิเล็กตรอนในอะตอมแต่ละคาร์บอนมีพันธะเคมี แต่ในฟีน เชื่อมต่อแต่ละอะตอมกับอะตอมคาร์บอนอื่น ๆ 3 บนสองมิติระนาบ ออก 1 อิเล็กตรอนอิสระที่มีอยู่ในสามมิติสำหรับการนำอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กตรอนพกเหล่านี้เรียกว่าปี่ (π) อิเล็กตรอน และอยู่ด้านบน และด้าน ล่างแผ่นแกรฟีน เหล่านี้ pi orbitals ซ้อนทับ และช่วยยกระดับพันธะคาร์บอนกับคาร์บอนในกราฟีน ลึกซึ้ง คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของ graphene เป็นบอก ด้วยพันธะและพันธะต่อต้าน (ม่านแขวนและนำวง) ของเหล่านี้ pi orbitalsรวมงานวิจัยในช่วง 50 ปีได้พิสูจน์แล้วว่า ที่จุดดิแรกในฟีน อิเล็กตรอนและหลุมมีมวลเป็นศูนย์ที่มีประสิทธิภาพ ปัญหานี้เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงาน-ความสัมพันธ์ของการเคลื่อนไหว (สเปกตรัมสำหรับ excitations) เป็นเส้นตรงสำหรับพลังงานต่ำใกล้มุมละ 6 โซน Brillouin อิเล็กตรอนและรูเหล่านี้จะเรียกว่าดิแรก fermions หรือ Graphinos และมุมของโซน Brillouin 6 จะเรียกว่าจุดดิแรก เนื่องจากศูนย์ความหนาแน่นของอเมริกาที่จุดดิแรก การนำไฟฟ้ามีจริงค่อนข้างน้อย อย่างไรก็ตาม คุณสามารถเปลี่ยนระดับพลังงานแฟร์มี โดยยาสลบ (กับอิเล็กตรอนหรือหลุม) เพื่อสร้างวัสดุที่เหนือกว่าอาจดำเนินการไฟฟ้ามากกว่า เช่น ทองแดงที่อุณหภูมิห้องการทดสอบแสดงให้เห็นว่า เคลื่อนไหวอิเล็กทรอนิกส์ของกราฟีนจะสูงมาก มีรายงานผลข้างต้น 15,000 cm2· V−1·s−1 และข้อจำกัดที่อาจเกิดขึ้นในทางทฤษฎีของ 200,000 cm2· V−1·s−1 (จำกัด โดยการกระจายของ graphene เสียงโฟตอน) มันบอกว่า graphene อิเล็กตรอนทำหน้าที่มากเช่นโฟตอนเคลื่อนที่เนื่องจากการขาดของมวล เหล่านี้ค่าธรรมเนียมการให้บริการจะสามารถเดินทางมิเตอร์ย่อยระยะทาง ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าขนส่งขีปนาวุธ อย่างไรก็ตาม คุณภาพของ graphene และพื้นผิวที่ใช้จะเป็นปัจจัยจำกัด ซิลิคอนไดออกไซด์เป็นสารตั้งต้น เช่น ความคล่องตัวเป็นอาจจำกัด 40,000 cm2· V−1·s−1Mechanical StrengthAnother of graphene’s stand-out properties is its inherent strength. Due to the strength of its 0.142 Nm-long carbon bonds, graphene is the strongest material ever discovered, with an ultimate tensile strength of 130,000,000,000 Pascals (or 130 gigapascals), compared to 400,000,000 for A36 structural steel, or 375,700,000 for Aramid (Kevlar). Not only is graphene extraordinarily strong, it is also very light at 0.77milligrams per square metre (for comparison purposes, 1 square metre of paper is roughly 1000 times heavier). It is often said that a single sheet of graphene (being only 1 atom thick), sufficient in size enough to cover a whole football field, would weigh under 1 single gram.What makes this particularly special is that graphene also contains elastic properties, being able to retain its initial size after strain. In 2007, Atomic force microscopic (AFM) tests were carried out on graphene sheets that were suspended over silicone dioxide cavities. These tests showed that graphene sheets (with thicknesses of between 2 and 8 Nm) had spring constants in the region of 1-5 N/m and a Young’s modulus (different to that of three-dimensional graphite) of 0.5 TPa. Again, these superlative figures are based on theoretical prospects using

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

กราฟีน , ทั่วไป , ชั้นอะตอมเดี่ยวของกราไฟท์ ; บริบูรณ์แร่ซึ่งเป็นอัญรูปของคาร์บอนที่ถูกสร้างขึ้นจากอะตอมของคาร์บอนซึ่งแน่นผูกเป็นตาข่ายหกเหลี่ยม อะไรที่ทำให้กราฟีน ที่พิเศษคือการไฮบริไดเซชัน SP2 และบางมาก อะตอม ความหนา ( ของ 0.345nm ) คุณสมบัติเหล่านี้เป็นสิ่งที่ช่วยให้กราฟีนเพื่อทุบสถิติมากมายในแง่ของความแข็งแรง ไฟฟ้าและการนำความร้อน ( รวมทั้งคนอื่น ๆ ) ตอนนี้ลองมาดูสิ่งที่ทำให้กราฟีนพิเศษดังนั้น อะไรคือสมบัติที่แท้จริงของมันที่แยกออกจากรูปแบบอื่น ๆของคาร์บอน และสารประกอบอื่น ๆ 2D ผลึก ?คุณลักษณะพื้นฐานก่อนอย่างถูกแยกในปี 2004 มันเป็นทฤษฎีเชื่อว่าสารประกอบสองมิติไม่อาจอยู่เนื่องจากความร้อนเสถียรภาพเมื่อแยกออกจากกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อถูกแยก ชัดเจนว่ามันเป็นไปได้จริง และเอานักวิทยาศาสตร์บางครั้งเพื่อดูว่ายังไง หลังจากแขวนแผ่นกราฟีน ศึกษาโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า พวกเขาพบสาเหตุเกิดจากกระเพื่อมเล็กน้อยในแกรฟีน การปรับเปลี่ยนโครงสร้างของวัสดุ อย่างไรก็ตาม หลังจากการวิจัยแสดงให้เห็นว่ามันเป็นจริงเนื่องจากว่าคาร์บอนพันธบัตรคาร์บอนในแกรฟีนจึงเล็กและแข็งแรงที่พวกเขาป้องกันไม่ให้ความร้อนจากความผันผวนของมันคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์หนึ่งในคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากที่สุดของกราฟีนคือศูนย์ทับซ้อนกัน semimetal ( มีทั้งหลุมและอิเล็กตรอนเป็นประจุพาหะ ) ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงมาก คาร์บอนอะตอมมีทั้งหมด 6 อิเล็กตรอน 2 ในเปลือกหอยด้านใน 4 ในเปลือกด้านนอก 4 เปลือกนอกอิเล็กตรอนในอะตอมคาร์บอนแต่ละบุคคลมีอยู่พันธะทางเคมี แต่กราฟีนแต่ละอะตอมเชื่อมต่อกับอีก 3 อะตอมของคาร์บอนใน 2 มิติ เครื่องบินออกจาก 1 อิเล็กตรอนอิสระที่มีอยู่ในมิติที่สามสำหรับการอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่สูงเหล่านี้เรียกว่า ปี่ ( π ) อิเล็กตรอนและจะอยู่ด้านบนและด้านล่างของแผ่นกราฟีน วงโคจรไพเหล่านี้ทับซ้อนกันและช่วยเพิ่มคาร์บอนคาร์บอนพันธบัตรในแกรฟีน . ลึกซึ้ง , สมบัติทางไฟฟ้าของกราฟีนเป็น dictated โดยเชื่อมติดกัน ( และป้องกันน้ำแถบนำ ) วงโคจรไพนี่การวิจัยรวมมากกว่า 50 ปี ได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าใน Dirac จุดในกราฟีน , อิเล็กตรอนและหลุมมีศูนย์ประมวล ปัญหานี้เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานและการเคลื่อนไหว ( สเปกตรัมสำหรับความสัมพันธ์แบบเชิงเส้นสำหรับพลังงานต่ำ ) ใกล้มุม 6 ของแต่ละโซน brillouin . อิเล็กตรอนและหลุมจะเรียกว่าดิแรกเฟอร์มิ นหรือ graphinos และ 6 มุมโซน brillouin เรียกว่าดิแรกจุด เนื่องจากศูนย์ความหนาแน่นของสหรัฐอเมริกาที่ดิเรกจุด ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์เป็นจริงค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตาม ระดับเฟอร์มิสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการโด๊ป ( กับอิเล็กตรอนหรือหลุม ) เพื่อสร้างวัสดุที่อาจดีกว่าที่ดำเนินการไฟฟ้ามากกว่า เช่น ทองแดง ที่อุณหภูมิห้องการทดสอบได้แสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนไหวอิเล็กทรอนิกส์ของกราฟีนสูงมากกับรายงานก่อนหน้านี้ดังกล่าวข้างต้น 15 , 000 cm2 Suite V − 1 ด้วย s − 1 ทฤษฎีศักยภาพและข้อจำกัดของ 200000 CM2 Suite V − 1 ด้วย s − 1 ( จำกัดโดยการกระเจิงของกราฟีนเป็นอะคูสติกโฟตอน ) จะกล่าวว่า กราฟีน อิเล็กตรอนทำหน้าที่มากเช่นโฟตอนในการเคลื่อนไหวเนื่องจากการขาดของมวล ผู้ให้บริการ ค่าใช้จ่ายเหล่านี้จะสามารถเดินทางระยะทางโดยไม่ต้องย่อยไมโครเมตรกระจาย ; ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการขนส่งขีปนาวุธ . อย่างไรก็ตาม คุณภาพของกราฟีน และวัสดุที่ใช้จะเป็นปัจจัยที่จำกัด . กับซิลิคอนไดออกไซด์เป็นสารตั้งต้น เช่น การเคลื่อนไหวอาจจำกัด 000 cm2 Suite V − 1 ด้วย s − 1ความแข็งแรงเชิงกลอีกหนึ่งของกราฟีนยืนออกคุณสมบัติคือความแข็งแกร่งที่แท้จริง . เนื่องจากความแข็งแรงของ 0.142 nm ยาวคาร์บอนพันธบัตร , กราฟีนเป็นวัสดุที่เคยค้นพบ มีแรงดึงสูงสุดของ 130000000000 ปาสคาล ( หรือ 130 gigapascals ) , เมื่อเทียบกับ 400000000 สำหรับ a36 โครงสร้างเหล็ก หรือ 375700000 สำหรับ aramid ( Kevlar ) ไม่เพียง แต่เป็นกราฟีนที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ มันเป็นแสงที่ 0.77milligrams ต่อตารางเมตร ( วัตถุประสงค์เพื่อเปรียบเทียบ 1 ตารางเมตรของกระดาษประมาณ 1 , 000 ครั้ง หนัก ) มันมักจะกล่าวว่าแผ่นกราฟีน ( มีเพียง 1 อะตอมหนา ) เพียงพอในขนาดเพียงพอที่จะครอบคลุมสนามฟุตบอลทั้งหมด น่าจะหนักภายใต้ 1 กรัมเดียวสิ่งที่ทำให้นี้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พิเศษคือ กราฟีน นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติที่ยืดหยุ่น สามารถรักษาขนาดเดิม หลังจากเครียด ใน 2007 , กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม ( AFM ) ทดสอบออกบนแผ่นกราฟีนที่ถูกระงับมากกว่าซิลิโคนไดออกไซด์ cavities . การทดสอบเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าแผ่นกราฟีน ( กับความหนาของระหว่าง 2 และ 8 nm ) ค่าคงที่สปริงในภาค 1-5 N / m และค่าโมดูลัสของยัง ( ต่างกันที่สามมิติของแกรไฟต์ ) 0.5 TPA . สุดยอดอีกครั้ง ตัวเลขเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับจุดเด่นเชิงทฤษฎี