پتانسیل های فناوری تولید نانولوله های کربن و بر طرف نمودن چالش های آن (قسمت ششم)
پتانسیل های فناوری تولید نانولوله های کربن و بر طرف نمودن چالش های آن (قسمت ششم)
گرافن
مدتهای مدیدی بود که گرافن به عنوان یک ماده آلاینده تلقی می گردید. زیرا این ماده روی سطح نیمه هادی ها و نیمه رساناها تشکیل می شد و از انتقال جریان الکتریکی جلوگیری می نمود. در سال 2004 میلادی پس از تحقیقات فراوان، این بار با روش لایه برداری مکانیکی از گرافیت، گرافن تولید شد. در گرافن الکترون ها با آزادی بیشتری در حرکت هستند به طوریکه می توانند از یک طرف آن وارد و از طرف دیگر آن خارج شوند. به علاوه در دمای اتاق، رسانایی حرارتی گرافن از الماس بیشتر است.
در حال حاضر بر روی این خواص منحصر به فرد گرافن تحقیقات بیشتری صورت می گیرد. در صورتیکه تحقیقات مذکور به نتیجه برسد، می توان در آینده به جای نیمه هادی اکسید فلزات از گرافن استفاده کرد و به این تریتیب برای گرافن کاربردهای جدیدی پیدا نمود.
با وجودیکه روش لایه برداری مکانیکی رایج ترین روش تولید گرافن می باشد، امروزه کیفیت روش اپیتاکسی (رشد همبافته) نیز ارتقاء یافته و با استفاده از آن می توان جهت قرار گرفتن ورق های گرافن را کنترل نمود و آن را در مقیاس انبوه تولید کرد. توضیح اینکه اپیتاکسی (رشد همبافته) برای تولید نانوساختارها مورد استفاده قرار می گیرد. به این ترتیب که ابتدا روی زیر لایه سیلیکونی، یک آرایه شش گوش ایجاد می شود. سپس این نمونه گرم می شود و بعضی از مواد آن تبخیر می گردد. در نهایت یک آرایه شش گوش از سوراخ های ریز با فاصله تقیریبی 30 نانومتر بر جای می ماند. سپس این سوراخ ها با یک ماده معدنی نظیر سیلیکون پر می شوند. آنگاه این مواد توسط پالس های لیزری بسیار کوتاه، به مدت حدود 10 نانوثانیه ذوب شده و به صورت تک بلور در می آیند. با خنک سازی، ماده مذاب از پایین شروع به سفت شدن می کند و باعث می شود نانوساختارهای تک بلوری در داخل سوراخ ها رشد کنند. اما همانطور که از نام لایه برداری مکانیکی بر می آید، گرافن بر روی یک سطح هموار ساییده می شود. فیلمی که به این ترتیب حاصل می گردد از رسانایی الکتریکی بالایی برخوردار است و چند میلیمتر ضخامت دارد.
در روش رشد همبافته، معمولاً گرافن روی زیر لایه سیلیکون کاربید رشد می کند. در این روش می توان گرافن را روی مواد چند بلوری نظیر نیکل، مس و پلاتین نیز رشد داد. در روش رشد همبافته، زیر لایه سیلیکون کاربید را تا دمای 1200 تا 1800 درجه سانتیگراد گرم می کنند. در نتیجه اتم های سیلیکون واجذب می گردند و اتم های کربن باقی می مانند و گرافن تشکیل می شود. لازم به ذکر است که به حذف اتم ها یا ذرات دیگر از سطح یک ماده، واجذب می گویند. برخلاف روش لایه برداری مکانیکی، در روش همبافته، الکترون ها در دمای اتاق بین مولکول های گرافن آزادانه حرکت می کنند.
گرافن یک رسانای الکتریکی قوی است که در دمای اتاق ضریب تحرک آن 200 هزار سانتیمتر بر ولت ثانیه می باشد. توضیح اینکه ضریب تحرک تعیین می کند که در یک قطعه، بارهای الکتریکی با چه سرعتی حرکت می کنند. گرافن می تواند در برابر جریان الکتریکی با چگالی 5 در 10 به توان 8 آمپر بر سانتیمتر مربع مقاومت نماید. در دمای اتاق رسانایی حرارتی گرافن 5000 وات بر متر کلوین است.
پتانسیل های فناوری تولید نانولوله های کربن و بر طرف نمودن چالش های آن (قسمت ششم)
گرافن
مدتهای مدیدی بود که گرافن به عنوان یک ماده آلاینده تلقی می گردید. زیرا این ماده روی سطح نیمه هادی ها و نیمه رساناها تشکیل می شد و از انتقال جریان الکتریکی جلوگیری می نمود. در سال 2004 میلادی پس از تحقیقات فراوان، این بار با روش لایه برداری مکانیکی از گرافیت، گرافن تولید شد. در گرافن الکترون ها با آزادی بیشتری در حرکت هستند به طوریکه می توانند از یک طرف آن وارد و از طرف دیگر آن خارج شوند. به علاوه در دمای اتاق، رسانایی حرارتی گرافن از الماس بیشتر است.
با وجودیکه روش لایه برداری مکانیکی رایج ترین روش تولید گرافن می باشد، امروزه کیفیت روش اپیتاکسی (رشد همبافته) نیز ارتقاء یافته و با استفاده از آن می توان جهت قرار گرفتن ورق های گرافن را کنترل نمود و آن را در مقیاس انبوه تولید کرد. توضیح اینکه اپیتاکسی (رشد همبافته) برای تولید نانوساختارها مورد استفاده قرار می گیرد. به این ترتیب که ابتدا روی زیر لایه سیلیکونی، یک آرایه شش گوش ایجاد می شود. سپس این نمونه گرم می شود و بعضی از مواد آن تبخیر می گردد. در نهایت یک آرایه شش گوش از سوراخ های ریز با فاصله تقیریبی 30 نانومتر بر جای می ماند. سپس این سوراخ ها با یک ماده معدنی نظیر سیلیکون پر می شوند. آنگاه این مواد توسط پالس های لیزری بسیار کوتاه، به مدت حدود 10 نانوثانیه ذوب شده و به صورت تک بلور در می آیند. با خنک سازی، ماده مذاب از پایین شروع به سفت شدن می کند و باعث می شود نانوساختارهای تک بلوری در داخل سوراخ ها رشد کنند. اما همانطور که از نام لایه برداری مکانیکی بر می آید، گرافن بر روی یک سطح هموار ساییده می شود. فیلمی که به این ترتیب حاصل می گردد از رسانایی الکتریکی بالایی برخوردار است و چند میلیمتر ضخامت دارد.
در روش رشد همبافته، معمولاً گرافن روی زیر لایه سیلیکون کاربید رشد می کند. در این روش می توان گرافن را روی مواد چند بلوری نظیر نیکل، مس و پلاتین نیز رشد داد. در روش رشد همبافته، زیر لایه سیلیکون کاربید را تا دمای 1200 تا 1800 درجه سانتیگراد گرم می کنند. در نتیجه اتم های سیلیکون واجذب می گردند و اتم های کربن باقی می مانند و گرافن تشکیل می شود. لازم به ذکر است که به حذف اتم ها یا ذرات دیگر از سطح یک ماده، واجذب می گویند. برخلاف روش لایه برداری مکانیکی، در روش همبافته، الکترون ها در دمای اتاق بین مولکول های گرافن آزادانه حرکت می کنند.
گرافن یک رسانای الکتریکی قوی است که در دمای اتاق ضریب تحرک آن 200 هزار سانتیمتر بر ولت ثانیه می باشد. توضیح اینکه ضریب تحرک تعیین می کند که در یک قطعه، بارهای الکتریکی با چه سرعتی حرکت می کنند. گرافن می تواند در برابر جریان الکتریکی با چگالی 5 در 10 به توان 8 آمپر بر سانتیمتر مربع مقاومت نماید. در دمای اتاق رسانایی حرارتی گرافن 5000 وات بر متر کلوین است.
