صفحه اصلی    تازه ها    ادبیات    تاریخ و سیاست    روانشناسی و جامعه شناسی    علوم    کودک و نوجوان    متفرقه

ناشر:سبزان
تاريخ چاپ: 1386
نوبت چاپ:اول
تيراژ:2000 نسخه
قيمت:16000 تومان
شابک: 6105033600-978

 

نانوتکنولوژی بـه زبــان ســاده

 

محمود محمودی- ریحانه رضوانی

فهرست

عنوان                                    صفحه

سخن نویسندگان ..............................  6

فصل اول: تاریخچه فناوری نانو ...............  7
آشنایی با نانوتکنولوژی ...............  7
تاریخچه ................................  7
پیشگامان فن‎آوری نانو ..................  9

فصل دوم: ساختار مواد ......................  15
مقدمه ..................................  15
ساختار الماس و گرافیت ................  17
آشنایی با ریز ساختارها ...............  19

فصل سوم: آشنایی با نانو تکنولوژی ..........  23
مقدمه ..................................  24
تعریف نانومتر .........................  24
اهمیت نانو ابعاد ......................  25
تفاوت فناوری نانو با فناور0های دیگر .  26
عناصر پایه ............................  26
شاخه‎های فن‎آوری نانو ..................  27
روش‎های ساخت ...........................  30
خودچینی ................................  33
اهمیت خودچینی .........................  34
اصول خودچینی مولکولی .................  35

 

عنوان                                    صفحه

فصل چهارم: کارگاه .........................  37

فصل پنجم: نانوپودرها ......................  41
مقدمه ..................................  41
انواع نانوپودرها ......................  41

فصل ششم: ساختارهای کربن ...................  45
گرافیت .................................  46
باکی بال ..............................  47
نانولوله‎ها ............................  49
ساختار ...............................  49
انواع نانولوله‎ها ....................  50
خواص نانولوله‎ها .....................  54
فرآیندهای تولید .....................  54
الماس ..................................  58

فصل هفتم: کارگاه ..........................  59

فصل هشتم: نانوکپسول‎ها .....................  63

فصل نهم: کامپوزیت‎ها .......................  65
تعریف ..................................  65
نانوکامپوزیت‎ها ........................  67
طبقه‎بندی نانوکامپوزیت‎ها ..............  70

 

 

عنوان                                    صفحه

فصل دهم: پوشش‎ها ...........................  73
تعریف ..................................  73
نانوپوشش‎ها ............................  75
خواص نانو پوشش‎ها ......................  77
کاربرد نانو پوشش‎ها ...................  79
روش‎های تولید نانو پوشش‎ها .............  80

فصل یازدهم: کاربردهای نانوتکنولوژی ........  85
کاربرد فناوری نانو در کشاورزی .......  85
کاربردهای فناوری نانو در پزشکی ......  87
کاربردهای فناوری نانو در صنایع الکترونیک     89

فصل دوازدهم: ابزارهای نانوتکنولوژی ........  91
نمیکروسکوپ نیروی اتمی ................  91
تکنیک‎های مبتنی بر کاوشگرهای روبشی ...  94
میکروسکوپ تونل زنی روبشی .............  96

ضمیمه: سخنرانی ریچارد فاینمن ..............  97

 


سخن نویسندگان

حضرت محمد (ص): «اگر علم در سیاره ثریا باشد، حتما مردانی از ایران آنجا حضور دارند.»
در دنیای امروز همه به سمت نانوتکنولوژی هجوم آورده اند و تقریبا بزرگترین مراکز علمی و مهندسی سرمایه‎گذاری زیادی در این زمینه انجام داده اند. همچنین محققان و موسسات بسیاری عهده دار بخشی از کار هستند.
تعریف نانوتکنولوژی بسیار فریبنده است. بعضی از نانوتکنولوژی ها، نانو نیستند و به جای نانو به ساختارهایی در ابعاد میکرو پرداخته اند که حدودا 1000 مرتبه بزرگتر از نانو هستند. همچنین نانوتکنولوژی در موارد بسیاری تکنولوژی نیست. برعکس، تحقیق بر روی ساختارهایی است که ابعادی در حدود چند صد برابر نانو دارند. جالب آن که بعضی از قسمتهای نانوتکنولوژی از زمانهای بسیار دور، قبل از آن که چیزی به نام نانو وجود داشته باشد، در پیرامون ما بوده است. برای مثال اندازه ذرات کربن سیاه در تایرها به همراه مواد افزودنی که در صدها سال قبل استفاده شده اند در حدود نانو بوده است.
اما در اینجا به علم نانو و نانوتکنولوژی پرداخته شده است. جهان نانو، مرز عجیبی بین قلمرو اتمها و مولکولهای منفرد و دنیای اطراف ایجاد می کند. جهان نانویی با مفاهیم اصلی نانوتکنولوژی در ارتباط است بطوری که، کوچکترین ساختارهای طبیعی را مشخص می کند و محدودیتهای زیادی برای کوچک کردن آنها ایجاد می کند. کتابی که در پیش رو دارید، آشنایی با مفاهیم پایهء نانوتکنولوژی است و در آن سعی شده است تا مطالب بصورت ساده و قابل فهم در اختیار خوانندگان محترم قرارگیرد. امید است با نگارش این کتاب توانسته باشیم گامی هرچند کوچک در جهت رشد و ارتقاء سطح علمی خوانندگان عزیر برداشته باشیم.

 

                                                                                                             باتشکر

 

فصل اول

تاریخچه فناوری نانو
آشنایی با نانوتکنولوژی

نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح ملكولي و اتمي و استفاده از خواص  آنها است كه در آن سطوح ظاهر مي شود. از همين تعريف ساده بر مي آيد كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي جديد در تمام رشتsه‎هاست. براي نانوتكنولوژي كاربردهايي را در حوزه هاي مختلفی مانند تشخيص های پزشكي و بيوتكنولوژي، كامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده‎اند .
كاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فناوري را به عنوان يك زمينه میان رشته اي مطرح نموده است. هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتكنولوژي از ابتداي دهه 80 به طور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنكردني نانوتكنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهم ترين اولويت هاي تحقيقاتي خويش طي دههء اخیر محسوب نمايند.

تاریخچه نانوتکنولوژی

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‎خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‎توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژة اتم را که به معنی تقسیم نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.
با تحقیقات و آزمایش‎های بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‎اند. آنها همچنین پی‎برده‎اند که اتم‎ها از ذرات کوچکتری مانند کوراک‎ها و لپتون‎ها تشکیل شده‎اند.
در 1959 ریچارد فاینمن مقاله‎ای را دربارة قابلیت‎های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. با وجود موقعیت‎هایی که توسط بیاری تا آن زمان کسب شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه‎گذار این علم می شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد در آن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیکی امریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.
سخنرانی او شامل این مطلب بود که می‎توان تمام دایره‎المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد. یعنی ابعاد آن به اندازه 25000/1 ابعاد واقعیش کوچک می‎شود.
تقریبا دو دهه بعد، طبق وب سایت موسسه نانوتک فورسایت، واژه "نانوتکنولوژی" برای اولین بار در یک مقاله علمی در سال 1974 به کار رفت، و مهندس و نویسنده، اریک درکسلر، مفاهیم نانوتکنولوژی مولکلی را در انستیتوی تکنولوژی ماساچوست در سال 1977 معرفی کرد.

در سال 1981 میکروسکوپ تونل زنی روبشی که دانشمندان را قادر به مشاهده جزئیات ساختار اتم‎ها و دستکاری آنها می‎نمود، اختراع شد.
در سال 1981 میکروسکوپ تونل زنی روبشی که دانشمندان را قادر به مشاهده جزئیات ساختار اتم‎ها و دستکاری آنها می‎نمود، اختراع شد.
در سال 1985 باکی بال (کربن خالص کره‎ای شکل و توخالی) کشف شد.
اولین درس دانشگاهی نانوتکنولوژی در سال 1988 عرضه شد.
نانوتیوبهای کربنی در سال 1991 توسط دانشمندان شرکت NEC کشف شدند.
در سال 1993 اطلاعات مربوط به نانوتکنولوژی مولکولی و محصولات مولکولی جمع‎آوری شد.
اولین کنفرانس اروپایی نانوتکنولوژی در سال 1996 برگزار شد.
اولین دستگاه نانومکانیک بر اساس DNA در سال 2000 تولید شد.
شلوارهای ضد لک مبتنی بر فن‎آوری نانو در سال 2002 به بازار عرضه شدند.
و هم اکنون تحقیق و توسعه برای پیشرفت در عرصه فناوری نانون ادامه دارد.

پیشگامان فن‎آوری نانو دكتر ريچارد فيليپس فاينمن

1
نخستین بار نانوتکنولوژی توسط دکتر ریچارد فاینمن و با هفت هزار کمله تشریح شد.
او در 11 مي سال 1918 در منهتن نيويورك چشم به جهان گشود. فاينمن در طول سال‌هاي تحصيلش بر روي رياضيات و علوم بسيار مطالعه مي‌كرد زيرا پدرش مي‌خواست كه او يك معلم فيزيك شود. وي همچنين براي آزمايش در زمينه الكتريسيته يك آزمايشگاه در خانه‌اش برپا كرد. فـاينمن از نمادهاي رياضيـاتي خودش براي توابع Sin ، Cos ، tan و F(x) استفاده مي‌كرد . فاينمن در دبيرستان فار راك اوي (Far Rock away) به تحصيل پرداخت و در سال آخر دبيرستان برنده جايزه رياضي دانشگاه نيويورك شد. پس از اتمام دبيرستان او تمايل به ادامه تحصيل داشت اما به جز انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT) بقيه دانشگاه‌ها به خاطر نمراتش و يهودي‌بودنش از پذيرش وي سرباز زدند. فاينمن در سال 1935 وارد MIT شد و در سال 1939 فارغ‌التحصيل ليسانس فيزيك گرديد. در سال 1942 وي پس از كاركردن بر روي ساخت بمب اتمي (1942-1941) دكتراي خود را از دانشگاه پرينستون دريافت نمود. او پس از دريافت مدرك دكتـرايش به لوس‌آلامـوس (Los Alamos) رفت تـا كار بر روي بمب اتمي را ادامه دهد. سپس فاينمن به رياست بخش تئوري منسوب شد . در سال 1945 فاينمن به عنوان استاد فيزيك تئوري در دانشگاه كرنل (Cornell) به فعاليت پرداخت. در بين سال‌هاي 1952 تا 1959 به عنوان استاد مهمان (Visiting Professor) درس فيزيك تئوري در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا (Caltech) به نام ريچارد چيس تولمن (Richard chase Tolman) مشغول به كار شد. بعد از آن سال تا زمان مرگش در سمت استاد فيزيك تئوري در آن دانشگاه مشغول کار بود.
جايزه آلبرت انيشتن از دانشگاه پرينستون به سال 1954، جايزه آلبرت انيشتن از كالج پزشكي و جايزه لورنس (Lawrence) در سال 1963 جوايزي بودكه ريچارد فاينمن موفق به اخذ آنها گرديد. وي در سال 1965 به خاطر توسعه‌دادن الكتروديناميك كوانتوم که تئوري اثر متقابل ذرات و اتم‌ها را در ميدان‌هاي تشعشعي بيان مي‌كند به شهرت رسيد. وي در قسمتي از كارهايش آنچه را كه امروزه به نام "دياگرام فاينمن" ناميده مي‌شود، ترسيم نمود. اين دياگرام نمودار مكان- زمان اثر متقابل ذرات را نشان مي‌دهد. به خاطر اين كار وي جايزه نوبل را درآن سال به همراه جي- اسكوينجر (J-Schwinger) و اس. آي. توموناجا (S.I. Tomonaga) اخذ كرد .
بعدها در طول زندگيش هنگامي كه به گروه تحقيق حادثه انفجار شاتل چنجر پيوست و دو كتاب خاطراتش را كه پرفروش‌ترين كتاب‌ها شدند، منتشر كرد به چهره برجسته‌اي تبديل شد.

پروفسور فاينمن عضو انجمن فيزيك آمريكا،

انجمن آمريكايي علوم پيشرفته و آكادمي ملي علوم بود. او همچنين در سال 1965 به عنوان عضو خارجي انجمن سلطنتي انگلستان انتخاب شد .
در سال1959 مقاله‌اي را درباره « قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده » منتشر ساخت. فاينمن درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت .
عنوان سخنراني وي اين بود «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي . فاينمن را به عنوان پايه‎گذار اين علم مي‌شناسند .
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد. يعني ابعاد آن را به اندازه 25000/1 ابعاد واقعيش كوچك كرد. او همچنين از دوحالته‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد) او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود. وي در پايان سخنرانيش 1000 دلار براي اختراع اولين الكتروموتوري كه ابعادش حداكثر 64/1اينچ مكعب باشد، پيشنهاد داد. جايزه‌اي كه براي اولين كسي كه بتواند ابعاد يك صفحه كتاب را به اندازه ابعاد اصليش كوچك كند، تعيين كرد. ابعاد اين صفحه كتاب مي‌بايست به اندازه‌اي باشد كه بتوان آن را به كمك يك ميكروسكوپ الكتروني خواند. اين ايده‌ها در سال‌هاي 1960 و 1985 تحقق يافتند و جايزه‌هاي آنها نيز پرداخت شد .
ريچارد فاينمن با گوند هوارد (Gwenth Howarth) ازدواج كرد كه ثمره اين ازدواج يك پسر به نام (كارل ريچارد (Corl Richard) متولد 22 آوريل 1961) و يك دختر به نام (ميشل كاترين (Michell Cathrine) متولد 13 آگوست سال 1968) بود. متأسفانه فاينمن در سال 1988 به خاطر سرطان روده در مركز پزشكي لوس‌آنجلس درگذشت. ياد فاينمن همواره به خاطر گشودن دريچه‌اي نو در قلمرو علم فيزيك به سوي ما، در ذهن‌ها باقي مي‌ماند .

رالف سي مركل

1
در دوم فوريه سال 1952 متولد شد. مركل در سال 1970 از دبيرستان لايورمور (Livermore) فارغ التحصيل شد و دانشگاه بركلي به ادامه تحصيل پرداخت. وي ليسانش را در سال 1974 و فوق‌ليسانش را در سال 1977 در رشته علوم كامپيوتر دريافت نمود. مركل در سال 1979 موفق به اخذ دكترا در رشته مهندسي برق از دانشگاه استنفورد شد. عنوان تز دكتراي وي (Authentication and public key systems) بود .
او يکـي از پيشگامـان در عرصـه طـراحـي و بـازگشايي كليدهـاي رمـز نويس عمومـي بود .(public key cryptography)

با اين حال الان مي‌توان وي را بهعنوان يك محقق و

يك سخنران در عرصه فناوري نانو و علم کريونيک (cryonics) بر شمرد .
در بخش صنعت او در سال 1980 مديريت توسعه بخش کامپايلر در الكسي (Elxsi) را به عهده گرفت. از سال 1988 تا سال 1999 به‎عنوان يك محقق در شرکت زيراکس (Xerox PARC) به فعاليت پرداخت و ابداعات منحصر بفردي در زمينه رمز نويسي انجام داد. متعاقباً وي به عنوان تئوريسين فناوري نانو در زيوكس (Zyvex) مشغول به كار شد و در سال 2003 به عنوان مدير GTISC) مركز اطلاعات سري فناوري جورجيا (به محيط دانشگاهي بازگشت .
ايشان جزو محققين و طرفداران بنيادي است که افراد بيمار لاعلاج را براي درمان در زمان مناسب منجمد ميکند (Alcor Life Extension Foundation) مي‎باشد. ايشان معتقد است فناوري نانو پتانسيل بسيار زيادي براي درمان بيماري هاي صعب العلاج دارد. از اين رو وی فعاليتهاي خود را در زمينه کاربردهاي اين فناوري در پزشکي متمرکز نموده است.

روبرت اي فريتاس

1
مدير تحقيقات موسسه ساخت مولکولي (Institute for Molecular Manufacturing) مي‌باشد. وي در رشته‌هاي فيزيك، روانشناسي و حقوق تحصيل كرده است و بيش از 150 مقاله‌ فني و عمومي با موضوعات مختلف علمي، مهندسي و حقوقي نوشته است. او در سال 1980 گزارشي تحليلي درباره امكان ساخت كارخانه‌هاي فضايي تكثير شونده یعنی کارخانه‎هایی كه بتوانند كارخانه‌هاي مشابه خودشان را به وجود آورند نوشت و سپس اولين تحقيق فني را كه به جزئياتي درباره نانوروبات‌هاي پزشكي پرداخته بود در مجله پزشكي (medical jarmal) منتشر ساخت .
اخيراً فريتاس كتاب نانوپزشكي را منتشر كرده است. اين كتاب اولين كتاب فني مي‌باشد كه دربـاره قابليت‌هـاي نانوفناوري مولكولي در نانوروبات‌هاي پزشكي كه كاربردهاي پزشكي و دارويـي دارنـد به بحـث پرداخته است. جلـد اول ايتن كتـاب در سال 1999 توسط شركت Lands Bioscience منتشر شد. در اين زمان فريتاس محقق موسسه ساخت مولکولي واقع در ايالت كاليفرنيا بود. او در سال 2003 قسمت اول جلد دوم آن كتاب را توسط همان شركت منتشر ساخت. وي در آن زمان در شركت زيوكس zyvex به عنوان يك محقق مشغول به كار بود.
زيوكس يك كمپاني در زمينه فناوري نانو مي‌باشد كه مركز آن در فاصله سال‌هاي 2000 تا 2004 در ريچاردسون تگزاس بود.
فريتاس هم اكنون مشغول تكميل كردن قسمت دوم جلد دوم و جلد سوم كتاب نانوپزشكي مي‌باشد. همچنين وي به عنوان مشاور در زمينه‌هاي سنتز نانومكانيكي الماس و طراحي متصل كننده‌هاي مولكولي به عنوان مدير تحقيقات موسسه ساخت مولکولي مشغول به كار مي‌باشد .
در سال 2004 روبرت فريتاس و رالف مركل با همكاري يكديگر كتاب"سينماتيك ماشين‌هاي تكثير شونده" را منتشر نمودند. اين اولين كتابي است كه در زمينه فيزيك ماشين‌هاي تكثير شونده تاكنون به چاپ رسيده است .

ریچارد ارت اسمالي

ريچارد ارت اسمالي در 6 ژوئن سال 1943 در آكرن اوهايو به دنيا آمد. ابتدا به كالج هوپ رفت و پس از آن در دانشگاه ميشيگان مشغول به تحصيل شد و در سال 1965 ليسانش را

1
همان دانشگاه دريافت نمود. وي در سال 1973 موفق به اخذ دكترا از دانشگاه پرينستون شد. وي استاد شيمي دانشگاه رايس (Rice) مي‌باشد. وي در سال 1996 به خاطر كشف فولرين (كربن 60) به همراه روبرت كورل استاد شيمي دانشگاه رايس و هارولد كروتو استاد دانشگاه ساسکس موفق به اخذ جايزه نوبل شيمي گرديد. او هم اكنون بر روي نانو لوله‌هاي كربني و امور مرتبط با فناوري نانو كار مي‌كند و صاحب نظري خبره در زمينه ايده فناوري نانو مولكولي مي‌باشد .
1


فصل دوم

ساختار مواد
مقدمه

 ساختار مواد ارتباط بین اتمها  و مولکولهای تشکیل دهنده آن مواد را مشخص می کند. برای شناخت ساختار مواد باید به نحوه اتصال بین اتم هاو مولکولها پی برد. بطور کلی پیوندهای شیمیایی بصورت زیر تقسیم بندی می شود:
پیوند یونی
پیوند کووالانسی
پیوند فلزی

الف) پیوند یونی

هنگامی که یک فلز با یک غیر فلز وارد واکنش می شود، انتقال الکترون از اتم های فلز به اتم های غیر فلز صورت می گیرد و یک ترکیب یونی (یا الکترووالانسی) تولید می شود. مثلا در واکنش بین سدیم و کلر، یک الکترون از اتم سدیم به اتم کلر منتقل می شود و در نتیجه، ذرات بارداری که یون نامیده می شوند، تولید می گردد. چون الکترون خواهی کلر نسبت به سدیم بیشتر است، اتم کلر تمایل زیادی برای جذب الکترون دارد،بنابراین اتم سدیم یک الکترون از دست می دهد و یون یک بار مثبت می شود و اتم کلر یک الکترون جذب می کند و یون یک بار منفی می گردد.

در پیوند یونی بعلت محصور شدن الکترونها، خاصیت رسانایی مشاهده نمی شود زیرا الکترونها که حامل و انتقال دهنده بار الکتریکی هستند، بدلیل محصور شدن امکان حرکت ندارند و چیزی برای انتقال بار الکتریکی در میان ماده وجود نخواهد داشت.
1    1

ب) پیوند کووالانسی

وقتی اتمهای غیر فلزات برهم اثر می کنند، مولکولهایی با پیوندهای کووالانسی تشکیل می شود، چون این اتمها جاذبه مشابه برای الکترونها دارند، انتقال الکترون از یک اتم به اتم دیگر صورت نمی گیرد. بلکه الکترونها بین آنها به اشتراک گذارده می شودند. یک پیوند کووالانسی مشتمل بر یک جفت الکترون است که دو اتم در آن سهیم هستند.
1      1

ج) پیوند فلزی

وقتی اتمهای فلزات به منظور تشکیل ماده جامد به یکدیگر نزدیک می شوند هر اتم کلیه الکترونهای ظرفیت خود را به اشتراک می گذارد و درنتیجه یونهای فلزی و الکترونهای آزاد بوجود می آید. دلیل اینکه این الکترونها را الکترونهای آزاد نام گذاشته‎اند قابلیت جا به جا شدن آنها در تمام حجم ماده است که با قابلیت جابه جا شدن اتمهای گاز در ظرف قابل مقایسه است.
آیا تنها با دانستن نوع پیوندها تمامی خواص و رفتار یک ماده را می توان پیش بینی کرد؟
براي روشن شدن مطلب مثال معروفي را ارائه مي‌‌کنيم. همانطور که مي‌‌دانيد گرافيت و الماس هر دو از اتم‌‌هاي کربن تشکيل شده‌‌اند و هر دو "ريخت‌‌هاي" مختلفي از عنصر کربن هستند. اما چرا خواص گرافيت و الماس تا اين حد با يکديگر متفاوت است؟ الماس به عنوان سخت‌‌ترين ماده طبيعي معرفي مي‌‌گردد و گرافيت به دليل نرمي بسيار، به عنوان ماده "روانساز" به کار گرفته مي‌‌شـود! تفاوت رفتـار و خواص گرافيـت و الماس را به نوع اتصال و پيوند شيميايي اتم‌‌هاي کربن
1
نمي‌‌توان نسبت داد زيرا در هر دو شکل اين ماده - که تنها داراي اتم‌‌هاي کربن است - يک نوع پيوند شيميايي وجود دارد. بلکه علت در "چگونگي اتصالات و پيوندهاي شيميايي" اين دو شکل کربن است. در گرافيت اتم‌‌هاي کربن شش ضلعي‌‌هاي پيوسته‌‌اي شبيه به يک لانه زنبور تشکيل مي‌‌دهند که در يک سطح گسترده شده است .
1

ساختار گرافيت و الماس

لايه‌‌هاي شش ضلعي ساخته شده با قرار گرفتن روي هم، حجمي را تشکيل مي‌‌دهند که به آن گرافيت مي‌‌گوييم. واضح است که در ساختار گرافيت دو نوع اتصال وجود خواهد داشت : يک نوع اتصال، اتصالي است که بين اتم‌‌هاي کربن هر لايه لانه زنبوري وجود دارد و جنس آن از نوع پيوند کوالانسي است. نوع دوم اتصالي است که لايه‌‌هاي لانه زنبوري را به يکديگر وصل مي‌کند. بديهي است که اين نوع از جنس اتصالات اوليه يعني پيوندهاي اتمي نيست. بنابراين پيوند به هم پيوستگي لایه ها، ضعیف تر از پیوند میان اتم های کربن که ازنوع کووالانسی است، می باشند. پس مي‌توان انتظار داشت که گرافيت، در جهت صفحات لانه‌زنبوري به دليل داشتن پيوند قوي کووالانسي استحکام بالايي داشته باشد؛ بالعکس، اين ساختار در جهت عمود بر صفحات لانه زنبوري به علت وجود پيوند ضعيف بين لايه‌ها، به مراتب از استحکام کمتری برخوردار است. از طرفي به دليل پيوندهاي ضعيف بين لايه‌‌اي انتظار مي‌‌رود که با اعمال نيرويي بيشتر، لايه‌‌هاي لانه زنبوري بتوانند بر روي يکديگر بلغزند .

در برابر ساختار لايه‌اي گرافيت، الماس داراي يک ساختار شبکه‌اي است. در گرافيت پيوندهاي اوليه يعني پيوندهاي اتمي تنها در يک سطح (در يک وجه) برقرار مي‌‌شود در حالي که در ساختار الماس اين پيوندها به صورت شبکه‌‌اي سه بعدي فضا را پر مي‌‌کنند. در ساختار گرافيت هر اتم کربن با سه اتم کربن ديگر اتصال اتمي از جنس کوالانسي ايجاد مي‌‌کند، در حالي که در ساختار الماس هر اتم کربن با چهار اتم کربن ديگر پيوند اتمي و از جنس کوالانسي برقرار مي‌نمايد