ডায়মন্ড এবং গ্রাফাইট: দুটি বরাদ্দের আকর্ষণীয় বিশ্ব

আমাদের দৈনন্দিন জীবনে, কার্বন বিভিন্ন রূপে বিদ্যমান, যার মধ্যে সর্বাধিক সুপরিচিত পেন্সিল সীসা এবং ঝলমলে হীরা - হীরাগুলিতে গ্রাফাইট। যদিও এগুলি একই উপাদান থেকে উদ্ভূত হয়েছে, দু'জনের শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলি রঙ, কঠোরতা থেকে গলে যাওয়া পয়েন্ট পর্যন্ত খুব আলাদা, কার্বনের বৈচিত্র্য এবং যাদু দেখায়।

কাঠামোগত পার্থক্য: মাইক্রোস্কোপিক থেকে ম্যাক্রোস্কোপিক পার্থক্য বোঝা

ডায়মন্ড এবং গ্রাফাইট উভয়ই কোভ্যালেন্ট বন্ড দ্বারা সংযুক্ত কার্বন পরমাণু দিয়ে তৈরি, তবে তাদের ব্যবস্থা সম্পূর্ণ আলাদা। হীরা গ্রাফাইটের চেয়ে অনেক বেশি শক্ত কারণ হীরার কার্বন পরমাণুগুলি একটি টেট্রহেড্রাল কাঠামোতে সাজানো হয় এবং প্রতিটি কার্বন পরমাণু অন্য চারটি কার্বন পরমাণুর সাথে সংযুক্ত থাকে, এটি একটি অত্যন্ত কঠোর এবং অভিন্ন স্থানিক নেটওয়ার্ক কাঠামো গঠন করে। বাহ্যিক শক্তিটি কোন দিকটি প্রয়োগ করা হয় তা বিবেচনা না করেই, এটি বিকৃত করতে বা ভাঙ্গার জন্য একই সময়ে বিপুল সংখ্যক কোভ্যালেন্ট বন্ডগুলি ভেঙে ফেলা দরকার।

 

বিপরীতে, গ্রাফাইটের কাঠামোটি অনেক "আলগা" বলে মনে হয়। গ্রাফাইটে কার্বন পরমাণুগুলি স্তরগুলিতে সাজানো হয় এবং প্রতিটি স্তরের কার্বন পরমাণুগুলি একটি ষড়ভুজ গ্রিড গঠনের জন্য কোভ্যালেন্ট বন্ড দ্বারা ঘনিষ্ঠভাবে সংযুক্ত থাকে, যখন স্তরগুলি দুর্বল ভ্যান ডার ওয়েলস বাহিনী দ্বারা একে অপরের সাথে সংযুক্ত থাকে। স্তরগুলির মধ্যে দূরত্ব খুব বড় এবং শক্তিটি খুব দুর্বল, সুতরাং এটি "একে একে ভাঙা" হওয়া সহজ - প্রথমে এটি সহজেই "ঘষে" অত্যন্ত পাতলা স্তরগুলিতে পরিণত হয় এবং তারপরে মাইক্রোস্কোপিক স্তর কাঠামোটি সহজেই বাহ্যিক দ্বারা ধ্বংস হয় বাহিনী এই স্তরযুক্ত কাঠামোটি গ্রাফাইটকে ভাল তৈলাক্ততা এবং প্লাস্টিকতা দেয়, এটি কাটা এবং আকার দেওয়া সহজ করে তোলে এবং এর কঠোরতা হীরার চেয়ে অনেক কম।

 

গ্রাফাইট থেকে ডায়মন্ড পর্যন্ত: কৃত্রিম সংশ্লেষণের অলৌকিক ঘটনা

হীরা এবং গ্রাফাইটের মধ্যে বিশাল পার্থক্য দেওয়া, বিজ্ঞানীরা গ্রাফাইট থেকে হীরা সংশ্লেষিত করার পদ্ধতিগুলি অন্বেষণ করতে দীর্ঘকাল প্রতিশ্রুতিবদ্ধ ছিলেন। মাইসানের উচ্চ-তাপমাত্রার বৈদ্যুতিক চুল্লি প্রচেষ্টা থেকে শুরু করে পরবর্তী বিস্ফোরণ পদ্ধতি, বাষ্প জমা দেওয়ার পদ্ধতি এবং তারপরে আধুনিক উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-চাপ পদ্ধতিতে প্রতিটি প্রযুক্তিগত উদ্ভাবন কার্বন উপকরণগুলির মানব বোঝার গভীরতরকরণ এবং প্রযুক্তিগত উন্নতি চিহ্নিত করে ক্ষমতা। বিশেষত বাষ্প জমার পদ্ধতি এবং উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-চাপ পদ্ধতি, প্রাক্তন কার্বন পরমাণুর জমা দেওয়ার প্রক্রিয়াটি যথাযথভাবে নিয়ন্ত্রণ করে একটি নির্দিষ্ট স্তরটিতে ডায়মন্ড ফিল্ম বা স্ফটিকগুলি বাড়িয়ে তুলতে পারে; পরবর্তীকালে গ্রাফাইটকে হীরার বৃহত কণায় রূপান্তর করতে উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ চাপের অবস্থার অধীনে অনুঘটকগুলির অনুঘটক প্রভাব ব্যবহার করে, যা শিল্প কাটার সরঞ্জাম এবং গহনাগুলিতে ব্যবহৃত হয়।

 

কঠোরতা এবং গলনাঙ্কের অসাধারণতা: ডায়মন্ডের কেন গলে যাওয়া কম থাকে?

একটি মাইক্রোস্কোপিক দৃষ্টিকোণ থেকে, গলানোর অর্থ হ'ল যে কণাগুলি পদার্থগুলি তৈরি করে ত্রি-মাত্রিক স্থানে স্বাধীনতা অর্জন করে এবং অবাধে প্রবাহিত হতে পারে। হীরা এবং গ্রাফাইটের জন্য, এই স্বাধীনতার জন্য প্রচুর সংখ্যক সমবায় বন্ধনের একযোগে ধ্বংস প্রয়োজন, তাই তাদের গলনাঙ্কগুলি খুব বেশি।

 

বেশিরভাগ স্ফটিকগুলির জন্য, কঠোরতা তত বেশি, গলনাঙ্কটি তত বেশি। তবে হীরা এবং গ্রাফাইটের ক্ষেত্রে কঠোরতা এবং গলনাঙ্কটি বেমানান।

 

যদিও ডায়মন্ড তার অতুলনীয় কঠোরতার জন্য পরিচিত, তবে এর গলনাঙ্কটি গ্রাফাইটের চেয়ে অপ্রত্যাশিতভাবে কম। এর পেছনের কারণটি তাদের সমবায় বন্ধন শক্তি এবং কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। ডায়মন্ডে কার্বন পরমাণুগুলি এসপি 3 হাইব্রিডাইজেশন ব্যবহার করে এবং গঠিত কোভ্যালেন্ট বন্ডের দৈর্ঘ্য দীর্ঘ (0। 155nm) এবং বন্ড শক্তি তুলনামূলকভাবে কম; গ্রাফাইটে কার্বন পরমাণুগুলি এসপি 2 হাইব্রিডাইজেশন ব্যবহার করার সময়, বন্ডের দৈর্ঘ্য সংক্ষিপ্ত (0। 142nm) এবং বন্ড শক্তি বেশি। অতএব, যখন উভয় উপকরণ শক্ত থেকে তরলতে রূপান্তরিত হয়, যদিও বিপুল সংখ্যক সমবায় বন্ধনগুলি ভেঙে ফেলা দরকার, গ্রাফাইটে শক্তিশালী কোভ্যালেন্ট বন্ডগুলিতে আরও বেশি শক্তি ভাঙার প্রয়োজন হয়, ফলস্বরূপ হীরার চেয়ে গ্রাফাইটের জন্য উচ্চতর গলনাঙ্ক তৈরি হয় (3680 ডিগ্রি জন্য গ্রাফাইট এবং হীরার জন্য 3550 ডিগ্রি)।

 

গ্রাফাইট এবং হীরার তাপীয় পরিবাহিতা

গ্রাফাইট হ'ল একটি উপাদান যা দুর্দান্ত তাপ পরিবাহিতা সহ একটি উপাদান এবং এর তাপীয় পরিবাহিতা অনেক সাধারণ উপকরণের চেয়ে অনেক বেশি। গ্রাফাইটের তাপীয় পরিবাহিতা পরিসীমা সাধারণত বেশি, তবে গ্রাফাইটের গুণমান এবং পরীক্ষার শর্তগুলির উপর নির্ভর করে নির্দিষ্ট মান পরিবর্তিত হয়।

 

গ্রাফাইটের স্তরযুক্ত কাঠামোটি তার দক্ষ তাপ পরিবাহিতাটির মূল চাবিকাঠি। স্তরগুলির মধ্যে কার্বন পরমাণুগুলি দৃ strong ়ভাবে কোভ্যালেন্ট বন্ড দ্বারা শক্তভাবে আবদ্ধ থাকে যাতে একটি স্থিতিশীল কাঠামো তৈরি হয়, যা তাপের দ্রুত স্থানান্তরের পক্ষে উপযুক্ত। তবে, স্তরগুলি দুর্বল ভ্যান ডার ওয়েলস ফোর্সেস দ্বারা সংযুক্ত থাকায় ইন্টারলেয়ারের দিকের গ্রাফাইটের তাপীয় পরিবাহিতা তুলনামূলকভাবে দুর্বল। এটি সত্ত্বেও, গ্রাফাইটটি এখনও উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবেশে যেমন তাপ সিঙ্কস, তাপ পরিবাহী চলচ্চিত্র ইত্যাদির তাপীয় পরিচালন উপাদান হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এর দুর্দান্ত তাপ পরিবাহিতা এবং রাসায়নিক স্থিতিশীলতা এই অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

 

ডায়মন্ডের জন্য, যদিও হীরা একটি অন্তরক এবং এটিতে বিনামূল্যে ইলেক্ট্রন থাকে না, তবে এটিতে সমস্ত সলিউডের সর্বোত্তম তাপ পরিবাহিতা রয়েছে। এর তাপীয় পরিবাহিতা প্রকৃতির সেরাগুলির মধ্যে রয়েছে। ঘরের তাপমাত্রা, হীরার তাপীয় পরিবাহিতা 2000 ~ 2200 ডাব্লু/(এম · কে) এ পৌঁছতে পারে, যা সিলিকন কার্বাইডের (এসআইসি) এর চেয়ে 4 গুণ বেশি, সিলিকনের চেয়ে 13 গুণ বেশি (সিলিকন কার্বাইডের চেয়ে 4 গুণ বেশি ( সি), এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (গাএ) এর 43 গুণ। তদ্ব্যতীত, তরল নাইট্রোজেন তাপমাত্রায় টাইপ IIA ডায়মন্ডের তাপীয় পরিবাহিতাটি তামাটির চেয়ে 25 গুণ পৌঁছতে পারে, সুপার তাপীয় পরিবাহিতা দেখায়। ডায়মন্ডের স্থিতিশীল রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, অ্যাসিড এবং ক্ষারীয় প্রতিরোধী এবং উচ্চ তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট রাসায়নিকের সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায় না। এই বৈশিষ্ট্যগুলি এমনকি চরম পরিবেশেও ভাল তাপ পরিবাহিতা বজায় রাখতে সক্ষম করে।

 

হীরা কাঠামোতে কোনও বিনামূল্যে ইলেক্ট্রন নেই, সুতরাং কীভাবে এটি তাপীয় পরিবাহিতা থাকতে পারে? দেখা যাচ্ছে যে তাপীয় পরিবাহিতা এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতাটির সারমর্মটি আলাদা, যা তাপের মাইক্রোস্কোপিক প্রকৃতি দ্বারা নির্ধারিত হয় - তাপের মাইক্রোস্কোপিক সারমর্ম হ'ল কণার চলাচল। যদি মাইক্রোস্কোপিক কণার চলাচলের হার দ্রুত হয় তবে বাহ্যিক প্রকাশটি উচ্চ তাপমাত্রা। মাইক্রোস্কোপিক কণাগুলির এই আন্দোলনটি নিখরচায় এবং অনিয়মিত হতে পারে, বা এটি জালির উপর স্ব-প্রাণবন্ত হতে পারে। এটি কল্পনা করা যেতে পারে যে হীরার দুর্দান্ত তাপ পরিবাহিতা জালির উপর কার্বন পরমাণুর কম্পন দ্বারা অর্জন করা হয়। ডায়মন্ড জালির উচ্চতর অর্ডারযুক্ত বিন্যাসের কারণে এবং এর কম্পনের ফ্রিকোয়েন্সি তাপের জন্য প্রয়োজনীয় ফ্রিকোয়েন্সি (মূলত একটি বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় তরঙ্গ) পরিবাহনের সাথে অত্যন্ত সামঞ্জস্যপূর্ণ, কার্বন পরমাণুর এই কম্পনটি সহজেই স্ফটিকগুলিতে অনুরণন সৃষ্টি করতে পারে, এর ফলে দ্রুত। এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় তাপ পরিচালনা করা, ডায়মন্ডকে সর্বোত্তম তাপ পরিবাহিতা সহ শক্ত পদার্থ তৈরি করে।

 

এই অনন্য তাপীয় পরিবাহিতা হীরা উচ্চ-প্রযুক্তি ক্ষেত্রগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, সেমিকন্ডাক্টর চিপ প্যাকেজিংয়ে, অতিরিক্ত তাপমাত্রার কারণে চিপকে খারাপভাবে সম্পাদন করা বা নির্ভরযোগ্যতা হ্রাস করতে বাধা দিতে ডায়মন্ড দ্রুত তাপ পরিচালনা করতে পারে। এছাড়াও, হীরা উচ্চ-শক্তি বৈদ্যুতিন ডিভাইসের জন্য তাপ সিঙ্ক এবং উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা ইন্টারফেস উপকরণগুলি উত্পাদন করতেও ব্যবহৃত হয়। উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা এবং কম তাপীয় প্রসারণ সহগের কারণে, তাপমাত্রা পরিবর্তিত হলে এটি উপাদানটির মাত্রিক পরিবর্তন কার্যকরভাবে হ্রাস করতে পারে এবং সরঞ্জামগুলির স্থায়িত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করতে পারে।

কার্বনের বরাদ্দ হিসাবে, হীরা এবং গ্রাফাইট তাদের অনন্য মাইক্রোস্ট্রাকচারের মাধ্যমে সম্পূর্ণ আলাদা ম্যাক্রোস্কোপিক বৈশিষ্ট্য দেখায়। তাদের পারস্পরিক রূপান্তর থেকে শুরু করে অসাধারণ শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলিতে, প্রতিটি আবিষ্কার প্রকৃতির রহস্যগুলির গভীর প্রকাশ এবং মানব জ্ঞান এবং প্রযুক্তিগত অগ্রগতির সাক্ষ্য।