نفس الشيء و لكنكم تحبون الماس !

  تعرف ان الماس و الفحم دول شكلين مختلفين لمادة واحدة ؟!!

آه و الله زي ما بقولك كدة .. هم الاتنين عبارة عن ذرات كربون و الفرق الوحيد هو ترتيب الذرات دي في الفراغ

يعني بالبلدي كدة الذرات دي مرصوصوين ازاي! (crystal structure

تخيل !! شكل الرصة بس ادالك حاجتين مختلفين تماما عن بعض.

 

مادة الكربون ليها خواص بتميزها عن أي مادة تانية, و دة الي بيخليها تقدر تاخد أشكال مختلفة في الفراغ....طب إذا كانت مادة الكربون دي مبهرة كدة ...لما تبقي نانو تتوقع ايه اللي هيحصل ؟ 

 دة  بإذن الله اللي هنعرفه في موضوع النهاردة  ;-)

الكربون مادة مهمة جدا في حياتنا.. خواصها المميزة بتخليها ليها تواجد في مركبات كتير و ليها تطبيقات كتير جدا و زيادة علي كدة انها مادة رخيصة و متوفرة.

الكربون لما بيبقي في الحجم الكبير بيبقي ليه 3 أشكال و هم الفحم و الماس و الجرافيت  Graphite (المادة اللي بيتصنع منها القلم الرصاص). و دي أشكالهم

 

أما بقي لما حجمه بيصغر لحد النانو بيبقي ليه أشكال أكتر موضحين في الصورة دي:

 

  هنتكلم إن شاء الله عن كل شكل بالتفصيل بس هنبدأ ب:

 

الجرافين (Graphene ) :

أنا عايزاك تبص علي صورة الجرافين و صورة الجرافيت اللي فوق و تقول لاحظت ايه.

هتلاحظ ان الجرافين هو عبارة عن طبقة واحد من طبقات الجرافيت, بمعني إنك عشان تحضر جرافين بطريقة ما بتفصل طبقات الجرافيت عن بعضها. و دة بيؤدي لتغير كبير جدا في خصائص المادة أهمها ان مادة الجرافين موصلة جيدة جدا للكهربا بتوصل بشكل أفضل بكتير من الجرافيت

 

طب ايه السبب ورا التغير دة؟

 

عشان نفهم الموضوع دة لازم نعرف كام معلومة كدة عالماشي:

المعلومة الأولي:  الجرافيت عبارة عن طبقات من الكربون , ذرات الكربون في نفس الطبقة ماسكين في بعض بربطة اسمها ربطة تساهمية (covalent bond) كل اللي أنا عايزاك تعرفه دلوقتي انها ربطة قوية جدا يعني الذرتين ماسكين في بعض جامد و منقدرش نفصلهم عن بعض بسهولة.

انما بقي الطبقات المختلفة في الجرافيت مربوطين ببعض بربطة مش قوية أوي اسمها قوة فان دير فال (van der waals force).

عشان نحصل علي الجرافين لازم نتغلب علي القوة الضعيفة نسبيا اللي بين الطبقات و نكسر الربطة اللي بينهم  فيبقي معانا طبقات منفصلة عن بعض.

 

المعلومة التانية: كلنا عارفين ان الذرة عبارة عن نواه و حواليها الكترونات. الكهرباء بتنتج عن حركة الالكترونات في المادة بتاعتنا. و اللي بيخلي مادة تكون موصلة أو عازلة هي حرية الالكترونات هل تقدر تتحرك بسهولة ولا في قوة بتعيق حركتها.

 

المعلومة التالتة: في الجرافيت كان في قوة بتعيق حركة الالكترونات و هي القوة اللي بين الطبقات (فان دير فال) أما في الجرافين بعد ما تخلصنا من هذه القوة أصبحت  بعض الالكترونات حرة و بتقدر تتحرك بكل سهولة خلال طبقة الجرافين.

لذلك , الجرافين يعتبر من أفضل المواد الموصلة للكهربا حاليا , و الأبحاث حاليا بتشتغل علي انها تستبدل المواد التانية المستخدمة في توصيل الكهربا و في الالكترونيات و في خلايا الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء.

 

بس استني ... الجرافين لسة ليه مميزات تانية و تطبيقات تانية كتييير ...

 

طبعا الجرافين مادة خفيفة جدا (دة عبارة عن طبقة ذرات واحدة يا جماعة ) و لكن برغم كدة هو يعتبر أقوي مادة أُكتشفت حتى الآن !

 

-طب ازاي ؟

 

احنا قلنا في المعلومات اللي فوق ان الذرات في الطبقة الواحدة (و اللي اتفقنا انها الجرافين ) ماسكين في بعض بربطة قوية جدا و من الصعب كسرها لذلك الجرافين يقدر يستحمل ضغوط كبيرة من غير تمدد أو تغير في شكله و يقدر كمان يستحمل عوامل الجو و البيئة المحيطة.

 

طب الجرافين ليه مميزات تانية ولا إيه؟

 

-          طبعا ليه , الجرافين شفاف بالرغم من ان الجرافيت لونه أسود ! و كمان مرن جدا بالرغم من ان الجرافيت صلب ... ودة راجع لأسباب كتير بس أبسطهم هو أن السُمك بتاع الجرافين بيساوي سمك ذرة واحدة يعني قليل جدا جدا جدا .

كل الصفات دي خلت الجرافين يستخدم في تطبيقات كتير جدا من ضمنها حاجة مذكورة في الموضوع اللي فات هاسيبكم تفكروا فيها و اللي يعرف يجاوب في التعليقات ;-)

و أنا هاقول لكم الإجابة في الموضوع الجاي إن شاء الله مع بقية التطبيقات المذهلة للجرافين بالتفصيل.

و ربنا يرزقنا الإخلاص في القول و العمل..

 

الخلاصة:

الكربون مادة رخيصة و متوفرة و ليها أشكال كتير في الطبيعة. و لما بتبقي نانو بيبقي ليها أشكال و خصائص و تطبيقات أكتر بكتير, و من ضمن أشكاله في النانو " الجرافين"  و اللي بيتميز بأنه أفضل مادة في توصيل الكهرباء و قوة التحمل, بالإضافة إلى خفة وزنه و مرونته.

 

لينكات أكثر عمقاً:

-          الفرق بين الماس و الجرافيت في الstructure  و الي ادالنا هذا الفرق في الشكل

https://www.scientificamerican.com/article/how-can-graphite-and-diam/

-          الجرافين و خصائصه باختصار

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/advanced-physicsprize2010.pdf

 

-          Review عن الجرافين و طرق تحضيره و خصائصه

http://link.springer.com/article/10.1007/s12666-014-0408-5#Sec4

 

- فيديو لطيف :

https://www.youtube.com/watch?v=aKcQMfi3tzg