Grafè: diferència entre les revisions

Contingut suprimit Contingut afegit
m Es desfà la revisió 18493533 de 81.184.246.111 (Discussió)
Línia 17:
 
El grafè es pot considerar com el bloc constructor a partir del qual es poden formar tota la resta de materials grafítics. Si s'enrotlla sobre ell mateix com una pilota de futbol, s'obtenen els [[ful·lerens]]. Si s'enrotlla cilíndricament, s'obtenen els [[nanotubs de carboni]]. Si es van superposant tridimensionalment, els uns damunt dels altres, s'obté grafit.
 
=== Propietats ===
====Propietats mecàniques====
Les mesures obtingudes recentment (2009) sobre el grafè indiquen que és el material més [[duresa|dur]] i fort existent, fins i tot supera la duresa del [[diamant]] i és 200 cops més resistent que l'[[acer]]. És altament rígid, de fet, té un [[mòdul de Young]] d'1 Tpa. Per tant suporta grans forces sense quasi deformar-se. Es tracta d'un material lleuger amb una [[densitat]] de tan sols 0,77 mil·ligrams per metre quadrat (la densitat s'indica en unitats de superfície com a causa de la seva estructura laminar). També cal destacar que suporta grans forces de [[flexió]], és a dir, es pot doblegar sense que es trenqui.
 
Per fer-se una idea de la capacitat d'aquestes propietats mecàniques, el premi Nobel va fer una comparació amb una hamaca de grafè d'un metre quadrat de superfície i un sol àtom de gruix. Aquesta hamaca de grafè podria suportar fins a 4 kg abans de trencar-se (equivalent al pes d'un gat). En total aquesta hamaca pesaria el mateix que un dels pèls del bigoti del gat, menys d'un mil·ligram.
 
====Propietats tèrmiques====
El grafè, amb una [[conductivitat tèrmica]] d'aproximadament 5·10<sup>3</sup> W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>, és un gran conductor tèrmic, molt millor que altres estructures de carboni com el grafit, el diamant o els nanotubs de carboni. També cal destacar que té una conductància isotròpica, és a dir, la calor es propaga per igual en totes direccions.
 
En el grafè, la conductivitat tèrmica es deu principalment a les vibracions de la xarxa, és a dir, als [[fonó|fonons]]. El grafè té 3 branques fonòniques acústiques: dos en el mateix pla del grafè, una longitudinal (LA) i una transversal (TA), i una altra transversal que es troba fora del pla (ZA); i 3 branques fonòniques òptiques: una fora del pla (ZO) i dos al pla (TO i LO).
 
====Propietats òptiques====
Una capa de grafè és capaç d'absorbir un 2,3% de [[llum visible]], cosa que resulta interessant si considerem que és una capa de gruix monoatòmic. Aquest percentatge té una relació amb la [[constant d'estructura fina]] α, constant que caracteritza la intensitat de la interacció electromagnètica. Concretament, I/I<sub>0</sub> = 0.023 ≈ πα. La causa d'això són les peculiars propietats electròniques.
 
====Propietats electròniques====
[[Fitxer:GrapheneE2.png|thumb|Energia dels electrons del grafè en l'aproximació d'enllaç fort]]
Una de les propietats destacades del grafè és la seva alta [[conductivitat elèctrica]]. La causa d'això és l'alta velocitat a la qual els electrons poden desplaçar-se en el grafè (concretament, a una velocitat de l'1% de la [[velocitat de la llum]]). Per poder entendre-ho cal estudiar la seva [[estructura de bandes]].
 
L'estructura de bandes del grafè ha sigut identificada gràcies a la teoria d'aproximació d'enllaç fort. Cada àtom de carboni està enllaçat amb altres tres àtoms mitjançant un enllaç σ i formant així la xarxa hexagonal. Els àtoms de carboni disposen de quatre electrons de valència, tres formen els enllaços esmentats i el quart forma un orbital atòmic p perpendicular al pla del grafè. Aquests orbitals de cada un dels àtoms es combinen entre si per generar estats electrònics deslocalitzats amb un rang d'energies que arriba fins al nivell de Fermi. Aquests estats són els responsables de la conducció elèctrica del grafè. Les bandes de valència i de conducció del grafè coincideixen en certs punts de la [[zona de Brillouin]] que reben el nom de punt K (en la imatge corresponen a les puntes dels cons).
 
Com es pot observar a la figura la relació de dispersió dels electrons propers als punts K i amb energia propera al nivell de Fermi és lineal. Concretament formen uns cons que comunament s'anomenen cons de Dirac. El fet que els electrons tinguin una relació de dispersió lineal en el grafè és el que fa que es comportin com partícules sense massa i puguin moure's a velocitats tan elevades.
 
====Altres propietats====
* [[Semiconductor]].
* Menor [[efecte Joule]], s'escalfa menys quan condueix electrons.
* Consumeix menys electricitat per una mateixa tasca que el [[silici]].
* El grafè pot reaccionar químicament amb altres substàncies per formar compostos amb diferents propietats.
* Suporta la [[radiació ionitzant]].
 
=== Efectes físics ===