Реферат на тему: Графен. Структурные особенности графена. Структурные дефекты графена

Введение

Атом углерода, будучи элементом четвертой группы главной подгруппы Периодической Системы, имеет в своем обычном состоянии два неспаренных валентных р-электрона на внешнем электронном уровне: 1s22s22p2. При переходе в возбужденное состояние один электрон с 2s-подуровня переходит на вакантную 2р-орбиталь, таким образом реализуется высшая валентность атома углерода, и образуется атом с четырьмя неспаренными электронами. Несмотря на то, что возбужденное состояние является менее энергетически выгодным состоянием атома, большинство известных углеродных соединений содержат углерод именно в четырехвалентном состоянии, так как выделяющаяся при образовании новых ковалентных связей энергия компенсирует энергетические затраты на переход электрона с s-подуровня на р-подуровень. В процессе образования четырех ковалентных связей происходит выравнивание s и р-электронных облаков с образованием одинаковых по форме и энергии гибридных орбиталей, участвующих в перекрывании. В зависимости от типа гибридизации образуются различные по строению структуры: линейная (одномерная), плоскостная (двумерная) или объемная тетраэдрическая (трехмерная) структуры. Понимание связи между типом гибридизации электронных облаков и строением молекул или кристаллов очень важно при изучении углерода и его многочисленных форм и соединений.

Еще одной важной особенностью атома углерода является его способность образовывать высокомолекулярные структуры: замкнутые и незамкнутые, разветвленные и неразветвленные цепи.

Долгие годы считалось, что углерод может образовывать всего две кристаллические структуры: графит и алмаз.

Алмаз имеет пространственную структуру, в которой атомы углерода находятся в sp3-гибридном состоянии и образуют 4 прочные ковалентные связи, ориентированные относительно друг друга в пространстве.

Структура графита слоистая, каждый атом углерода в sp2-гибридном состоянии образует три прочные ковалентные связи с атомами, расположенными в одной плоскости. Поскольку связи направлены под углом 120о, то структура слоя состоит из правильных шестиугольников с атомами углерода в вершинах. Атомы соседних слоев связаны относительно слабыми силами Ван-дер-Ваальса, поэтому связи между слоями менее прочные, и слои легко разделить.

В дальнейшем стало известно, что углерод существует во множестве аллотропных модификаций с различными физическими свойствами:

Алмаз

Графит

Карбин

Оглавление

- Введение

- Графен

- Структурные особенности графена

- Структурные дефекты графена

- Свойства графена

- Получение графена

- Применение графена

- Фуллерены

- Строение фуллеренов

- Свойства фуллеренов

- Получение фуллеренов

- Применение фуллеренов

- Углеродные нанотрубки

- Структура нанотрубок

- Свойства нанотрубок

- Получение нанотрубок

- Применение нанотрубок Заключение

- Литература

Заключение

Понятия "нанотехнологии", "нанообъекты", "наночастицы" совсем недавно появились в науке, в конце прошлого века. До этого времени приставка "нано" обозначала масштаб. Но теперь с помощью этой приставки обозначают новую эру в развитии технологий, называемых иногда четвертой промышленной революцией, - эру нанотехнологий. Создание электронного микроскопа в 1931 году, а затем сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году сделало реальностью не только наблюдение атомов, но и манипулирование ими. В 1981 г. американский ученый Г. Глейтер впервые использовал определение "нанокристаллический". Он сформулировал концепцию создания наноматериалов и развил ее в серии работ 1981-1986 гг., ввел термины "нанокристаллические", "наноструктурные", "нанофазные" и "нанокомпозитные" материалы. Главный акцент в этих работах был сделан на решающей роли многочисленных поверхностей раздела в наноматериалах как основе для изменения свойств твердых тел.

Список литературы

Самсонов, Г.В. Силициды и их использование в технике / Г.В. Самсонов. - Киев, АН УССР, 1959.- 204 с.

Воронков, М.Г. Удивительные элементы жизни / М.Г. Воронков, И.Г. Кузнецов - Иркутск, 1983.- 107 с.

Воронков, М.Г. Биохимия, фармакология и токсикология соединений / М.Г. Воронков, Г.И. Зелчан, Э.Я. Лукевиц. - Рига: Зинатне, 2008. - 588 с.

Аллер, Л.Х. Распространенность химических элементов / Л.Х. Аллер. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. - 357 с.