GRAFENO

GRAFITO DIAMANTE GRAFENO

REALIZADO POR: Gabriel Bonifaz Claudio Gordillo Stalin Jimenez Ismael Mndez Karina Palacios INTRODUCCINResulta curioso que el carbono sea la materia que da lugar a una de las piedras preciosas ms hermosas y complejas que existen en la naturaleza.El mismo material del que estn hechas las minas de los lpices, al poder presentarse ste elemento en diferentes estructuras (alotrpicas), las cuales son las responsables de sus diferentes propiedades. GrafitoEl grafito natural es una forma alotrpica del carbono. Es un mineral suave, de color gris a negro.

Se encuentra en la naturaleza en pequeos cristales hexagonales en forma de agregados compactados.

El grafito frecuentemente se encuentra asociado con minerales como: cuarzo, feldespato, micas, calcita, pirita y xidos de hierro.

Enlace divalente es un enlace doble.

3ESTRUCTURAEl grafito consta de capas planas de tomos de carbono, tiene hibridacin sp cada C esta unido a otros tres, formando hexgonos. Como deja un orbital p sin hibridar con electrones libres este permite la conduccin elctrica.

Hibirdacion: combinacin deorbitales atmicosdentro de untomopara formar nuevosorbitales hbridos4Estas estructuras bsicas (hexagonales) se van enlazando, formando capas que se apilan unas sobre otras mediante enlaces dbiles; as decimos que el grafito est formado por laminillas apiladas por este motivo el grafito es blando y exfoliable, por eso es posible dibujar con una mina de lpiz.

5ORIGENEs el producto de la recristalizacin metamrfica de la materia orgnica contenida en las rocas afectadas por metamorfismo regional o de contacto. PROPIEDADESPropiedades fsicas: Sistema: Hexagonal. Hbito: se encuentra en forma de pequeos cristales hexagonales. Densidad: 2,2 g/cm3.Color: Gris metlico. Raya: negra brillante. Brillo: metlico.

Sistema de cristalizacin. Hbito= forma de la cara del cristal.Deja pasar las radiaciones infrarrojas, y en general es buen conductor del calor y de la electricidad.7DurezaEl grafito es blando (1-2), su dureza y resistencia a la fractura es pequea en la direccin paralela a las capas.

Se rompe fcilmente formando lminas que se deslizan una sobre otra con poca friccin.

En la direccin perpendicular a las capas, el grafito es duro. Esto es as porque en esa direccin se requiere romper los enlaces fuertes.1) ya que la fuerza de atraccin entre las capas es dbil.8ESTABILIDAD TRMICAEs un slido muy estable y muy refractario que se puede calentar a alta temperatura sin que sufra cambios.

Siendo poco afectado por temperaturas superiores a los 3,000C

Se mezcla fcilmente con otros materiales tanto lquidos como slidos

CONDUCTIVIDAD ELCTRICAEn la direccin perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportndose como un semiconductor.

A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportndose como un conductor.

Es mas estable que el diamante en soportar el calor. FALTA IMAGEN DE CONDUCTIVIDAD ELECTRICA

9TIPOS DE GRAFITOGrafito natural

Grafito sinttico

GRAFITO SINTTICOEl Grafito Sinttico es un producto hecho por el hombre en un procesos industriales donde se calienta coque de petrleo calcinado de alta pureza a aproximadamente 3000 C y se somete a alta presin, esto cambia el estado molecular del Carbn.

Este vara del grafito natural en su grado de pureza y contenido de azufre, siendo este ms puro y con un contenido de azufre casi nulo.IMAGEN DE GRAFITO SINTETICO11PRODUCCIN MUNDIALChina copa el 70% del total, seguido de India y Brasil.

Segn estimaciones en 2010 China produjo 800 toneladas de grafito, India 130 toneladas y Brasil 76 toneladas. Pero China posee unas reservas estimadas de 55.000 toneladas frente a las 5.200 de India.

Estimaciones de la US Geological Survey. = agencia cientifica de ciencias naturales.12APLICACIONES Bateras elctricasLubricantes que resisten muy altas temperaturasRecubrimientos refractarios como ladrillos para Hornos de arco elctricoLpicesPastillas para frenos o zapatasMoldes que han de soportar temperaturas muy altas

Para electrodos de soldadura. Fibra de grafito y los nanotubos de carbono tambin se utilizan en los plsticos reforzados con fibra de carbono.En materiales compuestos resistentes al calor, tales como carbono-carbono reforzado. Es un ingrediente en la fabricacin de caucho, explosivos y municiones.APLICACIONES En materiales compuestos resistentes al calor, tales como carbono-carbono reforzado. = para los transbordadores espaciales NASA.14EL DIAMANTE

QU ES UN DIAMANTE?Diamante es uncristaltransparente de origen natural, el cual se forma en la Astenosfera y por medio de las erupciones volcnicas, sale a la superficie dentro de rocas.

16ESTRUCTURA DE UN DIAMANTE Es una forma alotrpica del carbono, el diamante es una red tridimensional de tomos de carbono, en la cual cada carbono se une con 4 carbonos mas.Los enlaces carbono - carbono son de tipo covalente y cada tomo presenta una hibridacin sp3.

Enlace divalente es un enlace doble.Enlace covalente= Unenlace covalenteentre dos tomos o grupos de tomos se produce cuando estos tomos se unen, para alcanzar el octeto estable, compartenelectronesdel ltimo niveAlotrpica= la propiedad de algunoselementos qumicosde poseer estructuras qumicas diferentes.Hibridacion sp3= todos los niveles de energia estan llenos no hay ningun orbital p libre.17FORMACIN DEL DIAMANTE NATURAL Es un proceso que puede tardar millones de aos y se forma bajo condiciones extremas de presin y temperatura.Se forman cuando el carbn es sometido a temperaturas de entre 900 C y 1300 C y un nivel de presin de 30 kilobars.

FORMACIN DEL DIAMANTE ARTIFICIAL El diamante sinttico es idntico al natural, y tiene propiedades superiores debido a que carece de impurezas, estn disponibles varios tamaos y formas.

Mtodo HPHT: En una maquina se somete al carbono a condiciones extremas de presin y temperatura.

Mtodo de detonacin: mediante detonacin de explosivos que contienen carbono, se forma el diamante.

IMPUREZAS EN EL DIAMANTE Los diamantes tambin tienen potencial como semiconductores. Esto es debido a que los diamantes pueden ser dopados con impurezas como el Boro y el Fsforo.

PROPIEDADES DE LOS DIAMANTESDureza:.El diamante debe su extrema dureza, a su estructura atmica y a los enlaces entre los tomos de carbono que son del tipo covalente.

Densidad: Eldiamante tiene una densidad media de 3,52 g/cm3.

Fragilidad: El diamante, puede romperse sin demasiada dificultad.

es el material natural de mayor dureza, llegando a 10 en la Escala de Dureza de Mohs21Propiedades pticasRefraccin: El ndice de refraccin del diamante es muy alto con un valor de 2,417.

Dispersin: posee gran habilidad para reflejar la luz y separarla en los diferentes colores del espectro (rojo, naranja, azul, verde, violeta).Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su direccin debido a la distinta velocidad de propagacin que tiene la luz.22Transparencia a los rayos X: Eldiamante ofrece una notable transparenciaa los rayos x.

Propiedades elctricas: el diamante es un aislante elctrico. Pero los diamantes con impurezas adquieren caractersticas semiconductoras como el diamante azul, que contiene boro.

Propiedades trmicas: el diamante es un buen conductor trmico, debido a la fuerza del enlace covalente del carbono.

Podemos as fcilmente diferenciarlo de sus imitaciones porque no tienen la misma penetracin de los rayos x.

23APLICACIONESJoyera:

Los diamantes no tienen igual en cuanto a su brillo y refraccin de la luz y son la gema preciosa ms popular en el mundo.

24Herramientas abrasivas: Con los diamantes se fabrican troqueles y muelas para pulir herramientas. Tambin se emplean para perforar pozos petroleros y para cortar todo tipo de piedras.

Herramientas de corte y componentes resistentes al desgaste.Disipadores trmicos

Componentes pticos

Dispositivos semiconductoresPara fabricar diodos detectores y rectificadores de corriente, transistores, circuitos integrados y microprocesadores.

Undiodoes uncomponente electrnicode dos terminales que permite la circulacin de lacorriente elctricaa travs de l en un solo sentido.27DIFERENCIASPROPIEDADDIAMANTEGRAFITOEstructura cristalinaCada tomo de carbono esta enlazado a otros cuatro tomos de carbono en posiciones tetradricasCada tomo tiene tres tomos de carbono, formando hexgonosDurezaMuy duroBlando en la direccin paralela a las capasEstabilidad trmicaMuy estableMucho ms que el diamanteConductividad elctricaAislante Conductor en la direccin paralela a las capas, semiconductor en la direccin perpendicular a las capasColortransparente e incoloronegro a grisGrafenoUna de las diversas formas alotrpicas del carbono (como el grafito y el diamante)Qu es?Este material surge cuando partculas de carbono forman una lmina de dos dimensiones muy fina (tienen el grosor de un tomo).

y en celdas hexagonales altamente compactadas.

30PROPIEDADESDureza: La dureza del grafeno se estima en aproximadamente unas 200 veces la del acero.

Tambin se estima que para atravesar una lmina de grafeno con un objeto afilado sera necesario establecer un peso sobre l de aproximadamente cuatro toneladas.Es decir, que hablamos de un material muy resistente al desgaste y que puede soportar grandes pesos.31Se necesitara un elefante en equilibrio sobre un lpiz para romper una hoja de grafeno del espesor del papel

Elasticidad: El grafeno presenta una elevada elasticidad. Esto hace que se pueda aplicar en muy diferentes superficies, de las cuales aumentar tambin la durabilidad, ya que al ser elstico tendr menos posibilidades de quebrarsePero para lograr esa dureza se hace mediante un proceso donde se obtieneel xido de grafeno por medio de la oxidacin de grafito, al ser superpuesto en delgadas lminas permite distribuir el peso que soportan a travs de toda su estructura. Esta caracterstica le confiere una dureza mayor a la del diamante. Por lo que lo hacen ideal para la construccin de elementos de proteccin del cuerpo humano frente a ataques externos y para crear objetos delgados con gran dureza.32Conductividad trmica:Posee una conductividad trmica de 5000 Wm-1K-1. Es decir conduce 100 veces mejor el calor que el cobre.Algunos cientficos aseguran que tiene propiedades de auto enfriamiento

Conductividad elctrica:El grafeno conduce la electricidad 100 veces mejor que el silicio.Menorefecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones.Consume menos electricidad para una misma tarea que elsilicio.

Posee una conductividad de 0.96*10^6(m)-1.

34Propiedades pticas:Es un material casi transparente y muy flexible.

Soporta bien la radiacin ionizante: El grafeno ofrece una gran resistencia a ser modificado por este tipo de radiacin.

Compactacin atmica: El grafeno es un material muy compacto. Tanto, que ni siquiera los tomos ms pequeos conocidos, los de Helio, son capaces de atravesarlo.

Efecto antibacteriano: Al estudiar el comportamiento del grafeno con organismos vivos, se comprob que las bacterias no crecen en l, lo que abre las posibilidades de su utilizacin en la industria alimentaria o en la biomedicina.APLICACIONES"El grafeno ser como el plstico. Estar en todas las partes, porque la amplitud de sus usos es enorme, mucho ms all del mbito electrnico", dice Francisco Guinea, Premio Nacional de Investigacin.

EN LA FABRICACIN DE CHIPSEl grafeno consume menos energa que el silicio. Un procesador de silicio actual puede llegar hasta los 40 GHz en frecuencia, en cambio con el grafeno puede llegar a 1.000 GHz, Es decir, es til para tener procesadores ms rpidos.

PANTALLAS TCTILES FLEXIBLES

Una lmina de grafeno puede usarse en el desarrollo de pantallas tctiles, aprovechando el hecho de que una lmina de grafeno puede ser totalmente transparente y es capaz de conducir electrones.

CAMARAS FOTOGRFICAS

Se cre un sensor hecho de grafeno, aumentando la sensibilidad del dispositivo unas mil veces en relacin a las tecnologas actuales, permitiendo mejores capturas en condiciones de poca luz y consumen diez veces menos energa.

CABLES DE ALTA VELOCIDADSe logr que el grafeno fuera capaz de captar una gran cantidad de luz, lo que se puede utilizar en la creacin de cables de fibra ptica muy veloces.

Los cables de grafeno podran mover informacin cientos de veces ms rpido que uno actual, lo que podra implementarse en el rea de las telecomunicaciones para la instalacin de redes ms veloces, aumentando as la capacidad y rapidez de Internet, la telefona mvil.

39PINTURA PARA CASAS QUE ABSORBE ENERGA SOLAR

Se ha creado un material basado en el grafeno capaz de absorber la energa emitida por el sol para transformarla en energa utilizable dentro del hogar, sin necesidad de un panel, se requiere slo de una fina capa que hasta puede ser utilizada como pintura en la fachada.

SUPER-BATERASSe ha desarrollado este nuevo tipo debateras, que utiliza grafeno y muestra dos propiedades: diez veces ms capacidad de almacenamiento de energa y una reduccin en el tiempo de carga.

DESALINIZACIN DEL AGUA

Una membrana de grafeno, de un tomo de grosor, permite producir filtros con orificios de un nanmetro de ancho.

Que deja pasar las molculas de agua pero se quedan retenidas las molculas de sal.

El uso de esta malla permite ahorrar una enorme cantidad de energa en el proceso.

PARA LA MEDICINALa creacin de implantes neuronales que sustituyan a los tejidos orgnicos daados.

UN MUNDO VIRTUAL DE HOLOGRAMAS EN 3D PODR CREARSE CON EL GRAFENOEL GRAFENO, un material que permitir crear entornos tridimensionales con hologramas que se podrn ver sin gafas.

El propsito es extraer las capas bidimensionales de grafeno, que pueden ser identificadas utilizando un microscpico ptico.

OBTENCINMTODO DE EXFOLIACIN QUMICAEl proceso de exfoliacin qumica consiste en obtener, a partir de lminas de pequeo espesor de grafito romper los enlaces interlaminares a travs de la vibracin por medio de un proceso llamado sonicacin.

Se llama de exfoliacin qumica porque para evitar que se vuelvan a unir las lminas de grafeno se emplean unos compuestos qumicos de carcter tensoactivo que, se introducen entre las capas de grafeno, ayudando a la separacin de las mismas.

sonicacin.= produccion de ruidos.44MTODO DE LA CINTA ADHESIVAEl mtodo consiste en pegar entre dos trozos de cinta adhesiva un pedazo de un cristal de grafito.

Luego se separan las cintas adhesivas, quedando pegadas capas ms finas de grafito, al repetir este proceso varias veces, se quedan pegadas capas bidimensionales.

Posteriormente se coloca el trozo de cinta adhesiva sobre una superficie de xido de silicio, donde queda solamente el grafeno.

CONCLUSIONESEl carbono puede presentarse en diferentes estructuras moleculares teniendo as el grafito, diamante y grafeno.Cada uno de estos compuestos poseen diferentes propiedades que son nicas permitiendo asi tener diversas aplicaciones.

GRACIAS