Karbon Klasterləri: Füllerenlər, Nanoborular, Nanoalmazlar və Qrafen PDF

21 MÜHAZİRƏ - 3 Karbon klasterləri: füllerenlər, nanoborular, nanoalmazlar və qrafe...

21 MÜHAZİRƏ - 3 Karbon klasterləri: füllerenlər, nanoborular, nanoalmazlar və qrafen Nano aləmdə hal-hazırda mövcud olan klasterlər içərisində karbon atomundan yarananları həm sadəliyi, həm dayanıqlılığı baxımdan üstün hesab olunurlar. Bilirik ki, karbon digər elementlərdən fərqli olaraq, tərkibində yüzə qədər atom olan uzun zəncir yaratmaq qabiliyyətinə malikdir (buna “üzvi molekulların karbon skeleti“ deyirlər). Onun bu qabiliyyəti isə karbon-karbon rabitəsinin xassələri ilə sıx bağlıdır. Karbon rabitəsinin təbiətini başa düşmək üçün karbon atomunun elektron quruluşunu nəzərdən keçirmək lazımdır. Həyəcanlanmamış karbon atomunun 6 elektronu aşağı enerji səviyyələrində yerləşir. Karbon atomu molekulda digər atomlarla karbon rabitələri yaratdıqda, onun elektron quruluşu (1s)2, (2s), (2px), (2py), (2pz) kimi olur. 1s aşağı səviyyədə spinləri müxtəlif istiqamətlərə yönəlmiş, kvant ədədi n=1 olan iki elektron yerləşir. S halında elektronun yükünün paylanması sferik simmetrikdir və bu elektronlar (yəni 1s səviyyəsindəki elektronlar) kimyəvi rabitənin yaranmasında iştirak etmirlər. Digər 4 elektron isə (n=2 səviyyələrində) – bunlardan biri sferik simmetrik s orbitalında, üçü isə px-, py- və pz-orbitallarında yerləşir. p orbitalında elektronun yükünün paylanması bir tərəfə çox uzadılmış formaya malikdir və onun oxları bir-birinə qarşılıqlı perpendikulyardır. Məhz bu orbitallar, yəni xarici s- və 3 p-orbitalları karbon atomunun digər atomlarla və özü ilə kimyəi rabitəsinin formalaşmasında iştirak edirlər. Şəkil. karbon atomunun px-,py-, və pz- orbital sxemləri Bu orbitallarda elektron yükləri elə paylanır ki, sanki onlar bir-birini örtüb, yəni 2 bağlı atomun elektron buludlarını bu atomları yapışdıran yapışqan kimi təsəvvür etmək olar. Ona görə də karbon atomları arasında yaranan rabitə daha möhkəm olur. Bunu əyani şəkildə cədvəl 1-dən də görmək mümkündür. --------------------------- ] Karbon skeleti terminini elmə 19-cu əsrin ikinci yarısında alman kimyaçısı F.A.Kekyle (1829-1896) gətirmişdir.  22 Cədvəl 1. Homonüvə rabitələrinin enerjiləri (kC/mol) Kimyəvi rabitə C-C N-N O-O Si-Si P-P S-S Rabitə enerjisi 348 163 146 226 201 264 Cədvəldən aydın olur ki, karbon-karbon arasında rabitə enerjisinin qiyməti azot-azot, oksigen-oksigen, silisium-silisium və s. arasındakı rabitə enerjisinin qiymətindən çoxdur (348 kC⁄mol-a bərabərdir). Məhz buna görə karbon zənciri daha dayanıqlı olur. Karbon atomunun digər üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onlar öz aralarında müxtəlif növ, yəni birqat, ikiqat və üçqat rabitələr yaratmaq qaqbiliyyətinə də malikdirlər. Bundan asılı olaraq onların rabitə enerjisinin qiyməti də fərqli olur (cədvəl 2). Məhz bu səbəbdən də karbon atomunun müxtəlif allatrop formalarını almaq mümkündür. Bunlardan ikisi – almaz və qrafit insanlara ta qədimdən məlum idi, molekulyar forma (füllerenlər), “nanoforma” (nanoalmaz və nanoborular) və qrafen isə son illər, yəni 20-ci əsrin sonlarında tapılmışdır. Cədvəl 2. Karbon-karbon rabitələrinin enerjiləri (kC/mol) Kimyəvi rabitə C-C C=C C≡C Rabitə enerjisi 348 612 838 Karbon atomunun hibrid halı sp3 sp2 sp Qrafikdən göründüyü kimi, adi şəraitdə ən dayanıqlı forma qrafit hesab olunur və termodinamikanın əsas postulatına görə karbonun bütün formaları gec və ya tez məhz qrafitə çevrilməlidir. Lakin bu çevrilmə sürəti o qədər kiçikdir ki, onu müşahidə etmək üçün bəlkə də əsrlər lazımdır. Bu çevrilmələr içərisində ən sadəsi qrafitdən almazın alınması hesab olunur ki, hətta bu prosesin reallaşması üçün yüksək təzyiq şəraitinn, yəni atmosfer təzyiqindən bir neçə min dəfə artıq təzyiqin mövcud olması vacib şərtlərdən sayılır.  23 İndi isəə C atomlaarından ibaarət klasteerləri nəzərdən keçirrək. Füllerrenlər və nanoboru ular Füllereenlər – kaarbon atomunun allmaz və qrafitdən q başqa yen ni allatroppik form masdır. Onnun varlığını ilk dəfə d nəzəəri yolla söyləyiblə s ər, sonra isə təbiəttdə alıbllar. Bu kaarbon atoomlarındann ibarət klasterlərd k dir, forma etibarı illə isə futbbol topuuna oxşar sferayabən s nzər qurulluşdur. Füllerennlər mem marlıqda bunaoxşar b r quruluşllardan ilkk dəfə isttifadə etm miş mem mar Füllerrin şərəfiinə belə adlandırılm B cür quuruluşları bakibol da mışdır. Bu adlaandırırlar. Cədvəl 1. P=101325 P 3*10-2ev/m Pа, 1кC//мол=1,03 molekul q qiymətləriinə uyğun n ideeal qaz halında С60 6 klaster rinin term modinamikk xassələrri T,К Entropiiya İstiilik tutumu u Qrafittə nəzərən (H- H0 )/T S0 C/К**mol 0 S p C/К*mol entalpiiya КC/mool C/К*mol 300 547 502.6 2 2530 197 7.8 400 720.44 706.3 2 2529.4 300 0.3 500 896.44 870.2 2 2528.9 398 8.6 600 1066..7 996.1 2 2527.8 488 8.1 700 1227..8 1091.3 2 2526.1 567 7.8 800 1378..4 1163.3 2 2523.7 638 8.0 900 1518..7 1218.3 2 2520.8 699 9.5 1000 1649..4 1260.9 2 2517.5 753 3.6 1200 1885..0 1320.9 2 2509.4 843 3.6 1400 2091..7 1359.8 2 2499.4 914 4.7 1750 24000 1400.9 2 2477.1 1008 8.3 2000 2588..4 1418.9 2 2456.7 1058 8.5 2500 2907..6 1441.5 2 2406.5 1133 3.1 3000 3171..8 1456.2 2 2350.4 1185 5.8  24 Müəyyən olunub ki, ən dayanıqlı fülleren 1985-ci ildə Kroto, Smolli və Kerl tərəfindən kəşf edilmiş C60, yəni 60 kabon atomundan ibarət klaster hesab olunur. Onun ölçüsü (burada diametri nəzərdə tutulur) ∼ 0,75 nm-dir. C60 füllereninin bütün karbon atomları sp2-hibrid halındadır. Onun ionlaşma potensialı -7.6 eV, elektrona hərisliyi isə 2.6÷2.8 eV-a bərabərdir. C60 füllereninin ideal qaz halında termodinamik xüsusiyyətləri cədvəldə verilmişdir. C60 füllereni öz termodinamik sabitliyini 1700 K-ə qədər saxlaya bilir. Yüksək temperaturlarda o, asta-asta parçalanır: T=1720 K –də parçalanma sürəti sabiti 10s-1-ə, T=1970 K-də isə 300 s-1 bərabərdir. Ona görə də C60 füllerenini sintez edən reaktorlarda temperatur 1600-1700 K tərtibindən çox olmamalıdır. Tədqiqatlar nəticəsində klasterləri 36-dan 540-a qədər karbon atomlarından ibarət füllerenlər yaradılmışdır. Lakin bunların heç biri dayanıqlı olmamışdır, yəni müxtəlif təsirlər nəticəsində onlar parçalanmışlar. Kvant-kimyəvi hesablamalar nəticəsində C20 füllereninin də varlığı söylənilmişdir, ancaq hələ ki, onu təcrübi yolla almaq mümkün olmamışdır. Bunu, quruluşun ölçüləri kiçildikcə, onun daha gərgin və polimerləşməyə meyilli olduğu ilə izah edirlər. Elektromənfilik hesabına (yəni elektrona hərisliyə görə) С60 füllüreni parçalanmadan С60Н36, C60F36, C70F44 birləşəmələrini əmələ gətirə bilir. Ümumiyyətlə, füllerenlər asanlıqla metallarla, ftorla reaksiyaya girərək, çoxlu törəmə birləşmələri yaradırlar. Bunlara misal olaraq, daxili boşluğunda bir və ya bir neçə metal atomları olan endoedral füllerenləri, fülleren kaskadının xarici səthinə funksional qruplar, və ya molekullardan ibarət zəncirvari quruluşlar birləşmiş ekzoedral füllerenləri, füllerenin bir və ya bir neçə karbon atomunun metal atomları ilə əvəz edilməsindən yaranan fülleren törəmələrini və s. göstərmək olar. İlk endoedral fülleren, C60 füllereni kimi, 1985-ci ildə LaCl3 ilə doydurulmuş qrafitin lazer buxarlanması yolu ilə alınmışdır (La@C60 kimi işarə edilir). Ekzoedral füllerenlərdən (C60H2, C60H4, C60H18 və s.) ən sadəsi C60H1 füllerenidir. Bu füllerenlər ftor törəməli füllerenlərlə müqayisədə daha az dayanıqlı olduqları üçün, son illər onlar ən az tədqiq edilən füllerenlərdir. Ona görə də elmi mətbuatda ftor törəməli ekzoedral füllerenlər sırasına (C60Fx, x=2÷60 ) daha çox rast gəlinir. Bunlar içərisində ən dayanıqlıları C60F18, C60F36, C60F48-dir. İlk dəfə karbon atomunun borla əvəz edilməsindən yaranan törəmə fülleren C59B olmuşdur. O, tərkibində nitrid bor olan qrafit tabletlərinin lazer buxarlanması nəticəsində yaranmışdır. Sonralar bu tip füllerenlər Kreçmer metodu ilə alınmağa başlandı (C59N, C59Fe və s). Füllerenlərdən istifadənin əhatə dairəsi çox genişdir. Belə ki, füllerenlərdən bir çox virus təbiətli xəstəliklərin, o cümlədən qripin, immun çatışmamazlığı, onkoloji və neyroqenerativ xəstəliklərin, və həmçinin, osteoporoz və damar xəstəliklərin müalicəsində istifadə edilə bilər. Məsələn, son illər aparılan tədqiqatlarda daxilində radioaktiv element saxlayan C60 nanosferasının səthinə onun bəd xassəli şişlərin hüceyələrinə birləşməsinə  25 köm mək edən qruplar yerləşdiriilir və əmələ ə gəllən yeni quruluşdaan onkolloji xəsttəliklərin müəyyən m e də və müaalicəsində istifadə eddirlər. edilməsind Nanoboru N ular. İlkk karbon nanoborrusunun 1951-ci ildə sov vet fiziklləri L.V.Raduşkevviç və V.M.Lukya V anoviç təərəfindən kəşf edillməsinə baxmayara b aq, onlaarın bu haqqda yerli elmi mətbbuatda ged dən məlummatları nəzərdən qaaçmış və heç h kim bu kəşfllə maraqlanmamışddır. Beləliiklə bu kəşf, k 19911-ci ildə yapon y aliimi Summio İidjimma tərəfinddən uzun karbon quruluşu q a alınana kimmi “bağlı” qalmışddır. Sonrralar bu quuruluşlar nanoboru n ular adlanddırılmışdırr. Karbonn nanoboruuları, diam metri 1÷nn·10 (n=1,,2,...9) nannometr, uzunluğu u isə bir neçə n mikrrona qədər olan, bir və v ya iç-iççə bir neçəə qrafit laylaarının bükülməəsindən yaraanan silinddrik quruuluşlara deyiilir. Boruunun səthhindəki karbbon atomları düzgün d altıbbucaqlınınn təpəsindəə yerləşir. Onun sonnu isə düzggün altıbuucaqlı ilə bağlı b olur. Karbonn nanoboruuları özünndə həm nanoklaste n erlərə xas,, həm də həcmli bəərk cisimmlərə xas xassələri birləşdirddiyi üçün, onlarda füllerenlər f rdən fərqli (mexaniiki, sorbbsiya, optiiki və eleektrik kimmi) yeni xassələr x biiruzə olunnur. Məhzz onların bu xasssələrindən gələcəkddə yeni naanomateriaalların və nanoqurğuuların yarradılmasınnda istifa fadə edilmməsi nəzərddə tutulur və v çox perrspektivli hesab oluunur. Karbonn nanoborruları yükksək temp peraturda karbonunn kimyəvii çevrilməsi nəticcəsində yaaranır. Onnların alınmmasında üçü əsas üsuulu xüsusi qeyd etmmək lazımddır: 1) elektrik e qöövsündə qrafitin q paarçalanmaası; 2) lazer və ya günəş şüaalanması ilə qraffitin ablyassiyası; 3) karbohidr k rogenlərin katalitik ayrılması. a Sintezddən asılı olaraq o birrlaylı, ikilaylı və s. s borularr almaq mümkünd m dür. Aşağğıdakı şəkkildə qraffit layındaan nanobo orunun əmmələgəlmə mexanizm mi sxemaatik təsvvir edilmişdir. İdeal birlaylı b n nanoboru düzgün altıbucaqllılardan iibarət qraafit səthinnin buruularaq silindrik səəth yaratm ması yolu ilə əmələə gəlir. B Burulmanın n keyfiyyyəti qraffit səthininn oriyenttasiya buccağının (y yəni yönəəldiyi buccağın) nanoborun n nun oxunna və nanooborunun xirallığına nəzərən yerləşməssindən çoxx asılıdır. XİRALL LIQ NƏDİR R? «Xiral»» termini (qədim( yunnanca «xirral» əl deeməkdir) bəzi b qurulluşların özüünün güzgüü əksi ilə üstt-üstə düşmməməsi mənnasından əməllə gəlmişdiir. Xirallığa malik molekullar m iki – sağ və sol 1 konfi fiqurasiyalarrda ola biilir. Bu ikii konfiquraasiyanının birindən b digərrinə hətta fəzada f ixtiyyari bucaq altında a fırlaatmaqla da keçmək mümmkün deyildiir. Buna misal sağ və sol s əlimizi göstərə g bilərrik. Təbiətdə xirrallığa maliik molekullara çox teez-tez rast gəlinir. 1 Konnfiqurasiya (q q dim lat n s z «configyyratio»- form man n verilm m si, yerl m m nas n verir) cisiml rin xarrici g r n v onlar n bir-birin b n z r n qar l ql yerl m si dem kdir.  26 Onların hamısı qeyri-simmetrik karbon atomuna malik molekullardır. Belə molekullar nə simmetriya mərkəzinə, nə də simmetriya müstəvisinə malik deyil. Qrafit layindan nanoborunun yaradilmasi (soldan saga) Nanoborunun xirallığı təşkil olunduğu altıbucaqlının (m, n) koordinatları ilə, və ya α fırlanma bucağı ilə ifadə edilə bilər. Birlaylı nanoborunun xirallıq indeksləri ilə onun D diametri arasında aşağıdakı asılılıq mövcuddur: 3 Burada do=0,142 nm olub, qrafit səthində qonşu karbon atomları arasındakı məsafəni göstərir. Xirallıq indeksləri ilə fırlanma bucağı arasındakı əlaqə isə aşağıdakı kimidir: 3 2√ Sintez prosesində alınan borulardan üçdə ikisi (2/3-i) yarımkeçirici, üçdə biri (1/3-i) isə metallik xassələrə malik olur. Keçiricilik boru istiqamətində olduğu üçün, karbon nanoborularından birölçülü kvant naqili kimi də istifadə etmək olar. Karbon nanoborularının malik olduğu unikal mexaniki möhkəmliyindənvə elektrik xassələrindən biologiyada geniş şəkildə istifadə olunur. Belə ki, nanoborulardan fermentlərin və ferment komplekslərinin immobilizasiyasında (tərkibində onların yığılmasından) istifadə edirlər. Bundan başqa, nanoborular vasitəsilə dərman preparatlarını, makromolekulları, zülalları, DNT-ni lazım olan ünvana – xəstə hüceyrələrə, oqran və orqanellalara daşımaq da mümkündür. Karbon nanoborularından başqa, 1992-ci ildə izrailli alim R.Tenne tərəfindən qeyri-karbon nanoborusu da sintez edildi. Bu nanoboruları su, və ya su-üzvi mühitlərdə bərk, və ya qaz fazasında ilkin maddələrin qarşılıqlı təsirləri nəticəsində kimyəvi üsulla - duzların termolizi prosesi ilə almaq mümkündür. Bunun üçün müxtəlif modellərdən istifadə olunur ki, bunlardan biri də dioksid titan TiO2 nanoborusunun əmələ gəlmə modelidir. Qeyri-karbon TiO2 nanoborusunun əmələ gəlmə modelini 3D→2D→1D sxemi kimi təsvir etmək olar. Əvvəlcə üçölçülü (3D) dioksid titan kristalı hər hansı bir məhlul daxilində, məsələn, NaOH  27 məhhlulunda ikiölçülü i ( (2D) quruuluş yaradıır ki, bu da d öz növbbəsində əy yilərək kənnar atom mların doyymamış rabitələri r i birləşm ilə məyə cəhhd edir. Sonrakı bu urulmada ya divaar kağızı rulonunaa bənzər nanoquruluş, ya da d bir-birrinin içəriisinə girmmiş silinndrik quruuluş – nanooboru alınnır. Eyni üsulla ü digəər oksid bbirləşməli nanoboruular da almaq a müm mkündür. BaV7O16 ⋅ nH2O birlləşməsind B dən (a) V2O5 nanoboorusunun əmələ gəllmə sxemii (b): əyiləən laylar nanotubule n enlər (v) və ya nannoborular (q) əmələə gətirir. Bu yaxxınlarda alimlər a təərəfindən karbon nanoboruularından möhkəmlliyi baxıımdan heçç də geri qalmayann nitrid bordan və bir sıra m metallardaan (məsələən, qızılldan) ibarrət nanoboorular da yaradılmış y şdır. Qeyri-kkarbon nannoborularrının da karbon k nannoborularıı kimi təddbiq sahəlləri geniişdir. Hal--hazırda bu b nanoboorular dahaa ətraflı şəəkildə təddqiq edilirr. Təcrübələr nəticcəsində müəyyən edilmişddir ki, bu nanooboruların bir çox fəaliyyyət mexxanizmlərii materiallın morfoologiyasınd dan, səthhi gərilməəsindən, kristallik k və elekktron qurulluşundan birbaşa b assılıdır. Nanoallmazlar Karbonn atomunuun bütün nanoforma n aları arasıında nanoaalmaz təbbii hala daaha yaxıın quruluşş hesab olunur. o Bilirik ki, adi almaaz möhkəm m kristalllik quruluuşa 3 maliikdir; onuun hər bir karbon atoomu sp -h hibrid halıındadır vəə o, özünü ün 4 qonşuusu ilə birqat b rabiitə əmələ gətirir. Buu quruluşun yaranm masında kkarbonun bütün b valeent elekktronları işştirak etdiyyi üçün, o elektrik cərəyanını c keçirmir (yəni dielektrikdir). Nanoalm maz adi almazdaan yalnızz ölçüləriinə (nanoalmaz ~ 2÷4 nm n tərtibindədir) görə deeyil, həm m də karb bon atommlarının əəksəriyyəttinin səthhdə  28 yerləşməsi ilə fərqlənirlər. Bu səbəbdən də, nanoalmazın xassələri, adi almazın xassələri ilə müqayisədə bir sıra üstünlüyə malikdir. Həqiqətən, səthi atomlar sərbəst valentliyə malik olduqları üçün, nanoalmazlar füllerenlər kimi bir-biri ilə 5- və 6-üzvlü tsiklər əmələ gətirə bilirlər. Məsələn, 275 atomdan ibarət almaz zərrəciklərinin kvant-kimyəvi hesablamalarından aydın olmuşdur ki, nanoalmazda əmələ gələn tsiklər quruluşca C60 füllerenində olduğu kimidir, yəni otaq temperaturunda almaz nanozərrəcikləri “almaz nüvədən” və “fülleren” səthdən ibarət olur. Şəkildə həcmli almazın (a) və füllerenəbənzər səthə malik almaz nanozərrəciyinin (b) görüntüsü verilmişdir. Nanoalmazın yaratdığı rabitələrin əksəriyyəti səthdə olduğu üçün, onun reaksiya qabiliyyəti də yüksək olur. Məsələn, həcmli almaz qrafitə 1800°S temperaturunda keçirsə, nanoalmaz - 1000°S-də; adi almaz havada 900°S-də oksidləşirsə, nanoalmaz - 450°S-də və s. Zərrəciyin ölçüləri yalnız kimyəvi göstəricilərə deyil, həm də termodinamik göstəricilərə də təsir edir. Belə ki, otaq temperaturunda adi almaz endotermik maddə hesab olunursa (çünki onun qrafitdən yaranma reaksiyasının istiliyi mənfidir), diametri 5 nm olan almaz ekzotermik maddə hesab olunur. İlk dəfə nanoalmaz Sovet İttifaqında, nanotexnologiyalar haqqında təsəvvürlər mövcud olmayan zaman, alınmışdır. Cədvəl 2. Almaz və nanoalmazın yaranma istilikləri Almazın növü Qəmələ gəlmə (298 K), kC/mol ΔHəmələ gəlmə (298, K), kC/mol Adi almaz -1.8 +1.8 Nanoalmaz +4.8 -4.8 (5 nm)  29 Qrafen Qrafen karbonun ikiölçülü allatrop modifikasiyası olub, sp2 hibridləşmə halındadır. Onun ikiölçülü kristal qəfəsi bir-biri ilə σ və π rabitələri ilə birləşmiş bir atom qalınlıqlı karbon atomlarından yaranıb. Ümumi halda isə qrafenə belə tərif vermək olar: Qrafen qrafitin əmələ gəldiyi laylara deyilir. Qrafitin kristallik quruluşu şəkildə verilib. Qrafen layının qrafitdən üstünlüyü ondan ibarətdir ki, burada yalnız 3 elektron rabitə yaradılmasında iştirak edir, 1 elektron isə sərbəstdir. Bu da qrafenin yüksək keçiriciliyini təmin edir (onun elektrik müqaviməti 0,0014 Om⋅sm-ə bərabərdir). Bundan başqa, qrafen böyük mexaniki sərtliyə də malikdir: ∼ 1 TPa. Bir atom qalınlığı tərtidinbə altlıq üzərində ilk qrafen layı 2004-cü ildə professor A. Geym və elmlər doktoru Novoselov tərəfindən alınmışdır. Bu ixtiraya görə onlar 2010-cu ildə Nobel mükafatına layiq görülmüşdür. Qrafenin mövcud modelləri haqqında təsəvvürlər, onun zona quruluşunda qadağan olunmuş zonanın olmaması faktları alimlrə keçən əsrin ortalarından məlum idi və ilk dəfə bunlar P.Vollos tərəfindən söylənilmişdir. Lakin qrafenin bu və digər qeyri-adi spesifik xüsusiyyətləri öz təsdiqini altlıq üzərində qrafen layının kəşfindən və onun təcrübi tədqiqindən sonra, yəni 2005-ci ildə tapdı. Alimlər qrafenin xassələrindəki qeyri-adiliyi yükdaşıyıcıların enerji spektrlərinin xüsusiyyətləri ilə və onun elektronlarının böyük mütəhərrikliyi ilə izah edirlər. Müəyyən olunub ki, qrafen elektronlarının mütəhərrikliyi müasir mikroelektronikada geniş istifadə olunan kristallik silisiumun elektron və deşiklərinin mütəhərrikliyindən yüz dəfələrlə çoxdur. Qrafendə elektronlar özlərini həm də relyatvistik zərrəciklər kimi aparır, yəni onlar effektiv kütləsi “0”-a bərabər olan və 106 m⁄san sürəti ilə hərəkər edən zərrəciklərdir. Bu sürətin işığın vakuumda yayılma sürətindən 300 dəfə kiçik olmasına baxmayaraq, bu qiymət elektronların adi keçiricilərdəki sürətindən qat- qat yüksəkdir. Bundan başqa, elektronlar maqnit sahəsində qapalı orbit boyunca hərəkət etdikdə effektiv kütlədən fərqli kütləyə malik olurlar ki, bu kütləyə siklotron kütlə deyilir. (siklotron kütlə yükdaşıyıcıların maqnit sahəsində hərəkəti zamanı meydana çıxan və effektiv kütlədən fərqlənən kütlyə deyilir). Qrafendə siklotron kütlə ilə yükdaşıyıcıların enerji spektrləri və yükdaşıyıcıların konsentrasiyası arasında aşağıdakı asılılıq mövcuddur:  30 Burada ħ- Plank sabiti, vF-Fermi sürəti (onun təcrübi qiyməti 106 m⁄san-dir), k – ikiölçülü fəzada dalğa vektorunun modulu, n – yükdaşıyıcıların konsentrasiyası, E isə elektron və deşiklərin enerjisi olub, ± ħ vFk –ya bərabərdir. İdeal qrafen 6-bucaqlı özəklərdən ibarət olur və onun kristallik quruluşunda ən yaxın karbon atomları arasındakı məsafə 0,142 nm-ə bərabərdir. Qrafendə 5- bucaqlı və 7-bucaqlı özəklərin formalaşması onda bir sıra defektlərin yaranmasına səbəb olur. Belə ki, 5-bucaqlı özəklər zamanı atom səthi konus formasında fırlanır; 7-bucaqlı özəklər zamanı isə səthdə yəhərə oxşar əyintilər əmələ gəlir. Lakin qrafen layında həm 5-bucaqlı, həm 6-bucaqlı, həm də 7-bucaqlı özəklərin birgə olması, müxtəlif formalı səthin formalaşmasına gətirib çıxarır, kələ-kötürlüyünə səbəb olur. Ümumiyyətlə, ideal formalı, yəni yalnız 6-bucaqlı özəklədən ibarət qrafet almaq texniki cəhətcə hal-hazırda çox çətindır. Tədqiqatlar nəticəsində alınan ən maraqlı fakt ondan ibarətdir ki, qrafenin silindrik formaya bükülməsi ilə birlaylı nanoboru yaranır və konkret fırlanma sxemindən asılı olaraq nanoborular ya metallik, ya da yarımkeçirici xassələri biruzə verir. Bundan başqa, ikilaylı qrafendə elektronlar özlərini maye kristallar kimi aparır. 2011-ci ildə Milli radioastronomiya abservatoriyasının əməkdaşları kosmik fəzada da qrafenin varlığını söyləmişlər.