O grafeno é um “material maravilhoso” vencedor do Prêmio Nobel. Graphyne pode substituí-lo
Um material bidimensional feito inteiramente de carbono chamado grafeno ganhou o Prêmio Nobel em 2010. O grafino pode ser ainda melhor.
- O grafeno é um 'material maravilhoso' feito inteiramente de átomos de carbono que tem um tremendo potencial na indústria de semicondutores.
- Uma molécula relacionada, chamada grafeno, pode ser ainda melhor.
- Grafino, no entanto, é difícil de produzir. Agora, os químicos encontraram uma maneira de criá-lo em massa. A pesquisa já pode começar.
Desde sua síntese em 2009, o grafeno foi apelidado de material maravilhoso com aplicações em eletrônica, medicina e energia, entre outras indústrias. Por outro lado, o grafeno - um material semelhante com diferenças sutis - há muito tempo evitou a síntese de químicos e engenheiros químicos. No entanto, essas pequenas diferenças, segundo a hipótese dos pesquisadores, tornariam o grafeno uma escolha melhor para projetar eletrônicos mais rápidos.
Em pesquisa Publicados dentro Síntese da Natureza , cientistas da Universidade do Colorado Boulder e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Qingdao relataram a síntese de grandes quantidades de grafeno. Como o grafeno, existe como uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede simétrica. Ao contrário do grafeno, cujos átomos são ligados por ligações simples e duplas, os átomos de carbono no grafeno estão ligados uns aos outros em ligações simples, duplas, e ligações triplas.
Carbono: o elemento surpreendente
Alguns elementos químicos existem em múltiplas formas físicas conhecidas como alótropos. Os átomos estão dispostos de forma diferente entre os alótropos, o que lhes confere propriedades físicas diferentes. Os dois alótropos de carbono mais conhecidos são grafite e diamante. Ambos são carbono puro. No entanto, no diamante, os átomos de carbono estão dispostos em uma rede compacta, resultando em sua extrema dureza. Pelo contrário, os átomos de carbono estão dispostos em camadas soltas em grafite, o que explica sua escamação.
De todos os elementos, o carbono tem a mais rica diversidade de alótropos, variando de tubos nanométricos fortes a “buckyballs” de 60 átomos até aqueles que se parecem com vidro. Há duas razões para isso. Primeiro, os átomos de carbono podem ligar até quatro átomos diferentes ao mesmo tempo. Em segundo lugar, o carbono forma facilmente cadeias e estruturas longas, mesmo em comparação com outros elementos como o silício, que também podem ligar quatro átomos simultaneamente. (É por isso que a vida extraterrestre provavelmente é baseada em carbono, não à base de silício .) Essas ligações carbono-carbono são fortes, o que, por sua vez, permite que o elemento forme alótropos estáveis de vários tipos.
Fazendo grane
O foco do estudo atual foi no γ-graphne (“gama” graphyne), o isômero mais estável do graphno. (Nota: Alótropos e isômeros são não é o mesmo . Os alótropos não têm necessariamente o mesmo número de átomos, mas os isômeros sim. Os isômeros diferem apenas pela estrutura.)
As primeiras abordagens para sintetizar o grafno dependiam de reações químicas irreversíveis. Consequentemente, quaisquer arranjos incorretos de átomos de carbono persistiram e fizeram com que a rede se tornasse instável. Neste estudo, os cientistas usaram um mecanismo reversível chamado metátese de alcino, que redistribui ligações químicas em cadeias de carbono, essencialmente permitindo que as moléculas troquem uma porção de si mesmas por outra em uma molécula diferente.
Como mostrado acima, o processo usa catalisadores metálicos para rearranjar anéis de benzeno (moléculas de seis carbonos com ligações simples e duplas alternadas) em uma rede periódica conectada por ligações triplas.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada todas as quintas-feirasAs reações químicas são complicadas. Simplesmente misturar os ingredientes que você precisa não garante um resultado satisfatório. A proporção relativa dos produtos obtidos difere dependendo das condições de reação. Sob “controle cinético”, a proporção dos produtos depende das taxas nas quais eles são formados; sob “controle termodinâmico”, o produto mais estável é favorecido. Para criar o grafeno - uma estrutura grande e estável que também é livre de erros - os autores tiveram que equilibrar cuidadosamente esses dois métodos de controle de reação. Para conseguir isso, os autores usaram dois derivados de benzeno diferentes para construir o grafeno. Após vários dias, um sólido preto escuro precipitou da solução: γ-grafina.
O grafeno substituirá o grafeno?
Os teóricos propuseram anteriormente uma gama de propriedades mecânicas, eletrônicas e ópticas excitantes para o grafo. Isso potencialmente tem enormes implicações para a indústria de semicondutores. Ao contrário do grafeno, suas propriedades eletrônicas são sugeridas como dependentes da direção devido à sua simetria única. Também possui elétrons condutores, eliminando a necessidade de doping. Ambas essas qualidades devem torná-lo um semicondutor melhor em comparação com o grafeno.
Agora que os químicos têm um processo para criar quantidades significativas dele, a pesquisa pode realmente começar.
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