ความสัมพันธ์ระหว่างกราไฟต์และสารกึ่งตัวนำ

การกล่าวว่ากราไฟต์เป็นสารกึ่งตัวนำนั้นไม่ถูกต้องอย่างยิ่ง ในบางสาขาการวิจัยที่ล้ำสมัย วัสดุคาร์บอน เช่น ท่อนาโนคาร์บอน ฟิล์มตะแกรงโมเลกุลคาร์บอน และฟิล์มคาร์บอนคล้ายเพชร (ซึ่งส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำที่สำคัญภายใต้เงื่อนไขบางประการ) จัดอยู่ในกลุ่มสารกึ่งตัวนำวัสดุกราไฟต์แต่โครงสร้างจุลภาคของพวกมันแตกต่างอย่างมากจากโครงสร้างกราไฟต์แบบชั้นทั่วไป

ในกราไฟต์ มีอิเล็กตรอนสี่ตัวอยู่ในชั้นนอกสุดของอะตอมคาร์บอน โดยสามตัวจะสร้างพันธะโควาเลนต์กับอิเล็กตรอนของอะตอมคาร์บอนอื่นๆ ดังนั้นแต่ละอะตอมคาร์บอนจึงมีอิเล็กตรอนสามตัวสำหรับสร้างพันธะโควาเลนต์ และอีกหนึ่งตัวที่เหลือเรียกว่าอิเล็กตรอน π อิเล็กตรอน π เหล่านี้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในช่องว่างระหว่างชั้น และการนำไฟฟ้าของกราไฟต์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอน π เหล่านี้ หากใช้กระบวนการทางเคมีเปลี่ยนคาร์บอนในกราไฟต์ให้กลายเป็นธาตุที่เสถียร เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ การนำไฟฟ้าจะลดลง หากกราไฟต์ถูกออกซิไดซ์ อิเล็กตรอน π เหล่านี้จะสร้างพันธะโควาเลนต์กับอิเล็กตรอนของอะตอมออกซิเจน ทำให้พวกมันไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระอีกต่อไป และการนำไฟฟ้าจะลดลงอย่างมาก นี่คือหลักการนำไฟฟ้าของกราไฟต์ตัวนำกราไฟต์

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวงจรรวม ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ตัวแยก และเซ็นเซอร์ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎหลายข้อเพื่อทดแทนวัสดุซิลิคอนแบบดั้งเดิมและได้รับการยอมรับในตลาด ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกและปรากฏการณ์ฮอลล์เป็นสองกฎที่สำคัญที่สุดในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์สังเกตปรากฏการณ์ควอนตัมฮอลล์ของกราฟีนที่อุณหภูมิห้องและพบว่ากราฟีนจะไม่เกิดการกระเจิงกลับหลังจากพบกับสิ่งเจือปน ซึ่งบ่งชี้ว่ากราฟีนมีคุณสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวด นอกจากนี้ กราฟีนยังเกือบโปร่งใสเมื่อมองด้วยตาเปล่าและมีความโปร่งใสสูงมาก กราฟีนมีคุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยมและจะเปลี่ยนแปลงไปตามความหนา เหมาะสำหรับการใช้งานในด้านออปโตอิเล็กทรอนิกส์ กราฟีนมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายและจะถูกนำไปใช้ในหลายสาขา เช่น จอแสดงผล ตัวเก็บประจุ เซ็นเซอร์ และอื่นๆ