A grafént 2009-es szintézise óta csodaanyagnak nevezik, amely többek között az elektronikában, az orvostudományban és az energetikában is alkalmazható. Másrészt a grafin - egy hasonló anyag finom különbségekkel - sokáig elkerülte az anyagtudósok kiemelt figyelmét. A kutatók feltételezése szerint azonban ezek az apró különbségek a grafint jobb választássá tennék a gyorsabb elektronika tervezéséhez.
A Nature Synthesis című szaklapban közzétett kutatásukban a University of Colorado és a Qingdao University of Science and Technology tudósai beszámoltak a grafin nagy mennyiségben történő szintéziséről. A grafénhez hasonlóan ez is szimmetrikus rácsba rendezett szénatomok egyetlen rétegeként létezik. A grafénnal ellentétben, amelynek atomjait egyszerű és kettős kötések kötik össze, a grafinban a szénatomok egyszerű, kettős és hármas kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz.
Egyes kémiai elemek többféle fizikai formában, úgynevezett allotrópokban léteznek. Az atomok az allotrópokban másképp helyezkednek el, ami eltérő fizikai tulajdonságokkal ruházza fel őket. A két legismertebb szénallotróp a grafit és a gyémánt. Mindkettő tiszta szén. A gyémántban azonban a szénatomok tömör rácsba rendeződnek, ami rendkívüli keménységét eredményezi. Ezzel szemben a grafitban a szénatomok laza rétegekbe rendeződnek, ami megmagyarázza a morzsolódását.
Az összes elem közül a szénnek van a legtöbb allotrópja, az erős, nanoméretű csövektől kezdve a 60 atomos "csatagolyókon" át az üveghez hasonlóan kinéző allotrópokig. Ennek két oka van. Először is, a szénatomok egyszerre akár négy különböző atomot is képesek megkötni. Másodszor, a szén könnyen alkot hosszú láncokat és szerkezeteket, még más elemekkel, például a szilíciummal szemben is, amelyek szintén képesek egyszerre négy atomot kötni. (Ez az oka annak, hogy a földönkívüli élet valószínűleg szénalapú, nem pedig szilíciumalapú). Ezek a szén-szén kötések erősek, ami viszont lehetővé teszi, hogy az elem különböző típusú stabil allotrópokat képezzen.
A jelenlegi vizsgálat középpontjában a γ-grafin (gamma grafin), a grafin legstabilabb izomerje állt. (Az allotrópok és az izomerek nem ugyanazok. Az allotrópoknak nincs feltétlenül azonos számú atomjuk, de az izomereknek igen. Az izomerek csak szerkezetükben különböznek egymástól).
A grafin szintézisének korai megközelítései irreverzibilis kémiai reakciókra támaszkodtak. Következésképpen a szénatomok helytelen elrendeződései fennmaradtak, és a rács instabillá vált. Ebben a tanulmányban a tudósok egy reverzibilis mechanizmust használtak, az úgynevezett alkin-metatézist, amely újraosztja a szénláncok kémiai kötéseit, lényegében lehetővé téve, hogy a molekulák kicseréljék egyik részüket egy másik molekulára.
A grafin - egy nagyméretű, stabil és hibamentes rács - létrehozásához a kutatóknak gondosan egyensúlyba kellett hozniuk a reakciószabályozás két módszerét, kinetikai és a termodinamikai irányítást. Ennek érdekében két különböző benzolszármazékot használtak a grafin megépítéséhez. Néhány nap elteltével az oldatból egy sötétfekete szilárd anyag csapódott ki, a γ-grafin.
Az elméleti szakemberek korábban már számos izgalmas mechanikai, elektronikus és optikai tulajdonságot javasoltak a grafin számára. Ez potenciálisan óriási hatással lehet a félvezetőiparra. A grafénnel ellentétben az elektronikus tulajdonságai a javaslat szerint irányfüggőek, ami az egyedi szimmetriájának köszönhető. Vezető elektronjai is vannak, ami kiküszöböli az adalékolás szükségességét. Mindkét tulajdonsága jobb félvezetővé teszi a grafénnél.
Mivel most már a kémikusoknak kezében van egy eljárással, amellyel jelentős mennyiséget tudnak előállítani, a grafinkutatás valóban beindulhat - írja a BigThink.
