Grafeen (graphene) | De geschiedenis van grafeen (deel één) - Grafeen (graphene)


Wat is 3D printen?

Your Adv Here


Introductie grafeen

geimgrafeen

Wanneer men een blik wil werpen op de geschiedenis van grafeen is het cruciaal om weten dat het materiaal bestaat uit de chemische substantie die we herkennen als puur koolstof,
een materie bekend en beschreven sinds de oudheid.

Koolstofvormen als kool en roet werden in de prehistorische tijden alreeds gebruikt voor de reductie van koper, zink en tin ertsen bij de vervaardiging van brons.

Doch, eertijds was koolstof nog niet erkend als element.

Dat voltrok zich pas later, in de zeventiende eeuw, nadat ene Robert Boyle suggereerde dat een element een substantie is enig in zijn soort, dat niet verder kan worden afgebroken tot eenvoudigere stoffen.

‘Carbo’ (carbon = koolstof) haalt origine uit het Latijnse en staat voor ember of kool en is geweten als het sterrenstof dat overvloedig wordt aangetroffen in de behuizingen van het universum, zowel in de zon, sterren, planeten, als in de ruimte.

Koolstof was ook al sinds zeer oude tijden bekend in de vorm van diamant.

Roet (amorfe koolstof), grafiet (een andere vorm van koolstof – een opeenstapeling van lagen grafeen) en diamant maken allen vormen van koolstof uit.

Grafiet en diamant zijn immers beiden substantieel uit koolstof maar enkel de rangschikking van de koolstofatomen is verschillend.

Grafiet, de driedimensionale koolstofvariant als opeenstapeling van het tweedimensionale grafeen, werd ontdekt in de loop van de 16de eeuw.

Het zwarte glimmende spul kreeg eerst de naam zwart lood mee vanwege de kleur en het overeenstemmende voorkomen.

De mens merkte al snel op dat het materiaal zich leende om mee te schrijven aangezien er een uitstekend contrast optrad op een witte achtergrond, terwijl boeren de substantie gedienstig maakten om hun kuddes mee te merken.

Mogelijkerwijs vandaar de latere prefix in de Engelse benaming van het woord grafiet, graphite. Graph staat voor schrijven (of aantekenen).

Touw of enkel wat leer met grafiet heen gewikkeld vormden destijds de absolute begindagen van het potlood. Pas later toverden enkele Italianen een houten karkas rondom het zwarte lood, om het op die manier aan te kleden tot het moderne uitzicht van het potlood.

Het klinkt voor de moderne mens allicht behoorlijk primitief, maar op hun beurt waren dit de baanbrekende applicaties met behulp van koolstof ter ondersteuning van de toenmalige informatietechnologie.

Het is behoorlijk opmerkelijk dat het vijf eeuwen moest duren vooraleer een simpel potlood de geheimen van het universum prijs gaf in de gedaante van een koolstofvorm waarvan de elektrische en thermische kwaliteiten ongeëvenaard blijven.

Doorheen de tijd, apart van andere verdienstelijke gebruiken in de mensengeschiedenis, werd koolstof desgelijks verleend tot de rol van resisterend filament.

De koolstofsubstantie was het geliefkoosd materiaal – als filament – in de elektrische werkstukken en applicaties van genieën als Swan, Tesla, Edison of Caillet. Lampen.

Wat deze pioniers presteerden was om een vacuüm van ruimte te laten reageren met een solide filament van koolstof dat onder stroom werd gebracht om het effect van gloed te kunnen produceren.

Oxford chemicus Benjamin.C. Brodie prepareerde in 1859 voor het eerst grafiet-oxide door bulk grafiet te behandelen met een mengsel van kaliumchloraat en rokend salpeterzuur.

Professor Philip Russel Wallace, een Canadees theoretisch fysicus, werd bekend om zijn baanbrekende artikel in 1947 over de bindingsstructuur van grafiet. Indertijd verklaarde hij zoiets mogelijk als een enkele atomaire laag van koolstof.

De eerste TEM beelden van dun gelaagd grafiet (TEM is een microscopetechniek met behulp van elektronen) werden gepubliceerd in 1948 door de wetenschappers G. Ruess en F. Vogt.

Het eerste gebruik van de term ‘grafeen’ ooit, expliciet met duiding op een enkele atomaire laag koolstof, bloemde uit de mond van de Duitse chemicus Hanns Peter Boehm, die alreeds in 1968 folies van enkelwandig koolstof onderzocht en beschreef.

Naast de welbekende koolstofvormen als grafiet en diamant bestaan er nog verschijningsvormen van koolstof, onder andere de C60. Deze vorm klinkt wellicht vertrouwder in de oren als de Buckyball, een molecule van 60 koolstofatomen netjes gerangschikt in de vorm van een voetbal.

Toen deze ontdekking tot stand kwam, in 1985, werden alle academische wetenschappelijke boeken wereldwijd waardeloos over nacht, omdat ze maar twee allotropen van koolstof beschreven (verschijningsvormen van éénzelfde element) en geen rekening hielden met meerdere vormen.

Wetenschappers die geïnspireerd werden door de prachtige koepelstructuren van de sublieme architect en meester in ruimtegeometrie Richard Buckminster Fuller, overwogen de mogelijkheid dat een vel grafiet uit zeshoeken zich kon opkrullen in een bolvorm om alle onstabiele banden te binden (met de introductie van vijfhoeken.)

De chemische, als fysieke en materiële werelden, zouden nooit meer dezelfde zijn.

Ga verder naar deel 2