العلاقة بين الجرافيت وأشباه الموصلات

من غير الدقيق القول بأن الجرافيت شبه موصل. ففي بعض مجالات البحث الرائدة، تنتمي مواد الكربون مثل أنابيب الكربون النانوية، وأغشية المناخل الجزيئية الكربونية، وأغشية الكربون الشبيهة بالماس (والتي يمتلك معظمها بعض الخصائص المهمة لأشباه الموصلات في ظل ظروف معينة) إلىمواد الجرافيتلكن بنيتها المجهرية تختلف اختلافًا كبيرًا عن بنية الجرافيت الطبقية النموذجية.

يحتوي الجرافيت على أربعة إلكترونات في الطبقة الخارجية لذرات الكربون، ثلاثة منها تُشكّل روابط تساهمية مع إلكترونات ذرات كربون أخرى، بحيث تمتلك كل ذرة كربون ثلاثة إلكترونات لتكوين روابط تساهمية، ويُطلق على الإلكترون المتبقي اسم إلكترونات باي (π). تتحرك إلكترونات باي هذه بحرية تقريبًا في الفراغ بين الطبقات، وتعتمد موصلية الجرافيت بشكل أساسي على هذه الإلكترونات. من خلال الطرق الكيميائية، بعد تحويل الكربون في الجرافيت إلى عنصر مستقر، مثل ثاني أكسيد الكربون، تضعف الموصلية. إذا تأكسد الجرافيت، فإن إلكترونات باي هذه ستُشكّل روابط تساهمية مع إلكترونات ذرات الأكسجين، وبالتالي لن تتمكن من الحركة بحرية، وستقل الموصلية بشكل كبير. هذا هو مبدأ التوصيل الكهربائي.موصل من الجرافيت.

تتألف صناعة أشباه الموصلات بشكل رئيسي من الدوائر المتكاملة، والإلكترونيات الضوئية، والفواصل، والمستشعرات. وتحتاج مواد أشباه الموصلات الجديدة إلى الالتزام بالعديد من القوانين لتحل محل مواد السيليكون التقليدية وتحظى بقبول السوق. ويُعدّ كل من التأثير الكهروضوئي وتأثير هول من أهم هذه القوانين اليوم. وقد لاحظ العلماء تأثير هول الكمي للجرافين عند درجة حرارة الغرفة، ووجدوا أن الجرافين لا يُنتج تشتتًا عكسيًا عند تعرضه للشوائب، مما يدل على امتلاكه خصائص فائقة التوصيل. إضافةً إلى ذلك، يتميز الجرافين بشفافية عالية جدًا تكاد تكون مرئية بالعين المجردة. كما يتمتع الجرافين بخصائص بصرية ممتازة تتغير بتغير سمكه، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في مجال الإلكترونيات الضوئية. يتمتع الجرافين بالعديد من الخصائص الممتازة، وسيُستخدم في مجالات عديدة، مثل شاشات العرض، والمكثفات، والمستشعرات، وغيرها.