گــرافــن چیست ؟

گرافن بهدليل داشتن ويژگى هاى عالى مكانيكى، الكتريكى، دمايى، اپُتيكى، مساحت سطحى بسيار بالا، و امكان كنترل تمام اين ويژگى ها از طريق عامل دار كردن شيميايى، مورد توجه دانشمندان قرار دارد.گــرافــن چیست

روش هاى مختلفى براى توليد گرافن و مشتقات شيميايى آن از گرافيت و مشتقاتش وجود دارد كه هر يك مزايا و معايبى دارند. در اين مقاله، استفاده از سوسپانسيون هاى كلوئيدى براى توليد مواد جديد متشكل از گرافن و مشتقات شيميايى آنها را مرور خواهيم كرد.

اين راهكار، مقياس پذير و انطباق پذير بوده، در محدوده ى وسيعى از كاربردها قابل استفاده است.

مقدمه
در سالهاى اخير تحقيقات زيادى براى توسعهى روشهاى مختلف توليد گرافن صورت پذيرفتهاست.  گرافن يك مادهى تكلايه از اتمهاى كربن است كه در شبكهاى ششضلعى به هم متصل شدهاند.  ويژگىهاى برجستهى گرافنكه تاكنون گزارش شده اند عبارتند از: مدول يانگ بالا (حدود ۰۰۱۱ گيگاپاسكال)، مقاومت بالا در برابر شكست (۵۲۱ گيگاپاسكال)، رسانايى حرارتى خوب (حدود W/mK0005)، تحركپذيرى بالاى حاملان بار يا به عبارت ديگر رسانايى الكتريكى بالا (۲Vs/cm000002)، مساحت سطحى ويژهى بالا (مقدار محاسبهشده: ۰۳۶۲ متر مربع بر گرم)، و پديدههاى انتقالى شگفتانگيزى همچون اثر كوانتومى هال.
گرافن و گرافن تغييريافتهى شيميايى يا به عبارت ديگر مشتقات شيميايى گرافن (CMG) گزينههاى بسيار مناسبى براى كاربردهاى مختلفى همچون مواد ذخيره كنندهى انرژى، مواد شبهكاغذ، كامپوزيتهاى پليمرى، ابزارهاى بلور مايع، و نوسانگرهاى مكانيكى به شمار مىروند.
تاكنون در توليد گرافن از چهار روش مختلف استفاده مىشد:
رسوبدهى شيميايى بخار (CVD) و رشد همبافته؛ مثالى از اين روش تجزيهى اتيلن روى سطوحى از جنس نيكل است. پس از اين تلاشهاى اوليه (كه در سال ۰۷۹۱ آغاز شد) ، جوامع علمى فعال در زمينهى علم سطح، كارهاى زيادى روى »گرافيت تكلايه« انجام دادند؛
لايهلايه كردن ميكرومكانيكى گرافيت؛ اين روش كه به نام »نوار اسكاتلندى« يا روش پوستكنى نيز معروف است، ادامهى كارهاى قبلى در زمينهى لايهلايه كردن ميكرومكانيكى گرافيت الگودهىشده بود؛ رشد همبافته روى سطوح عايق الكتريكى؛ ايجاد سوسپانسيونهاى كلوئيدى.
لايهلايه كردن الكترومكانيكى منجر به توليد مقادير اندكى گرافن مىشود كه مىتوانند در مطالعات بنيادى مورد استفاده قرار بگيرند. بهرغم آنكه استفاده از رسوبدهى شيميايى بخار روى بسترهاى فلزى به توليد فيلمهاى گرافنى بزرگ (تا مساحت ۱ سانتىمتر مربع) يك يا چندلايه مىانجامد و امكان توليد مواد كربنى از نوع گرافن با
استفاده از CVD بدون بستر، CVD بهبوديافتهى پلاسمايى با استفاده از فركانس راديويى، پيروليز آئروسلى، و سنتز دما حلالى را فراهم مىآورد؛ اما رشد تك لايههاى گرافنى يكنواخت همچنان يك چالش در اين زمينه محسوب مىشود. در اين مقالهى مرورى توليد گرافن و CMG از سوسپانسيونهاى كلوئيدى ساختهشده از گرافيت، مشتقات گرافيت (همچون اكسيد گرافيت) و تركيبات حاوى گرافيت مورد بحث و بررسى قرار خواهد گفت. از جمله ويژگىهاى اين روش مىتوان به مقياسپذيرى، انطباقپذيرى و سازگارى آن با روشهاى عاملدار كردن شيميايى اشاره كرد، همچنين استفاده از آن، امكان توليد در مقياسهاى بالا را نيز فراهم مىآورد. همهى اين ويژگىها بدين معناست كه مىتوان از روش سوسپانسيون كلوئيدى در توليد گرافن و CMG در محدودهى وسيعى از كاربردها بهره برد.
توليد گرافن از اكسيد گرافيت
از قرن نوزدهم كه اكسيد گرافيت براى اولين بار تهيه شد براى توليد اين ماده عمدتاً از روشهاى Staudenmeier ،Brodie، و hummers استفاده شدهاست. هر سه روش مذكور شامل اكسيد كردن گرافيت در حضور اسيدها و اكسيدكنندههاى قوى است. سطح اكسيداسيون متناسب با روش مورد استفاده، مىتواند شرايط واكنش، و گرافيت استفادهشده متفاوتى را داشته باشد. بهرغم تحقيقات زيادى كه براى روشن كردن ساختار اكسيد گرافيت انجام شدهاست، همچنان چندين مدل در مقالات مورد بحث قرار مىگيرند.
طيفسنجى حالت جامد C NMR13 اكسيد گرافيت و اكسيد گرافيت برچسبدار با C13، مدل نشان دادهشده در شكل a1 را ثابت مىكند؛ به اين صورت كه شبكهى كربنى گرافيت با هيبريداسيون ۲sp بهشدت بر هم خورده، بخش عمدهاى از اين شبكه به گروههاى هيدروكسيل پيوند يافته و يا بهصورت بخشى از گروههاى اپوكسيد درآمدهاند. تصور بر اين است كه در لبههاى تك لايههاى اين ساختار جديد، قطعات كوچكى از گروههاى كربوكسيل يا كربونيل نيز ايجاد شدهاند. اينها نشان مىدهند كه بايد با استفاده از طيفسنجى NMR حالت جامد اكسيد گرافيت برچسبدار با C13 همراه با (به عنوان مثال) تيتراسيون با نشانگرهاى فلورسانس كربوكسيلى و گروههاى ديگر، كار مشتقشده از اكسيد گرافيت، روشن شود. در ادامه بحث بيشترى در اين مورد خواهيم داشت.

گرافن
گرافن

گرافن

پاسخ ترک

چهار × 2 =