گرافن

[P O U R I A]

گرافن یکی از مواد کریستالی دو بعدی است که در سال های اخیر شناسایی و تحلیل شده اند. صفحه ای ورقه ای شکل به ضخامت اتم کربن را گرافن تک لایه می نامند. این ماده جدید ویژگی های منحصر به فرد زیادی دارد که این امر باعث می شود آن را برای مطالعات اساسی و کاربردهای آینده به ماده ای جالب مبدل سازد.
گرافن به عنوان یکی از آلوتروپ های کربن در یک شبکه شش وجهی (لانه زنبوری) با فاصله پیوند کربن- کربن و ضخامت 142/0 نانو متر صفحات مطرح است.
صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم ها ی کربن تشکیل می شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه می باشد. در این حالت، اتم های کربن در وضعیتی قرار می گیرند که شبکه ای از شش ضلعی ها ی منظم را ایجاد می کنند. البته این ایده آل ترین حالت یک صفحه ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه ای تغییر می کند که در آن پنج ضلعی ها و هفت ضلعی هایی نیز ایجاد می شود. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد. این پیوند مکان مناسبی برای قرار گیری برخی گروه های عاملی و هم چنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن در اینجا کووالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار می رود که نانو لوله های کربنی پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار گرفتن لایه های گرافن و نتشکیل یک ساختار منظم تشکیل می شود. اما همینطور که می دانیم، گرافیت بسیار نرم است.
آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آن هاست. این پیوند بسیار ضعیف است. بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل است که گرافیت (نوک مداد سیاه) نرم میباشد.



تاریخچه:
اصطلاح گرافن اولین بار در سال 1962 میلادی توسط Hanns-Peter Boehm معرفی شد. وی کسی بود که قصد داشت از این اصطلاح جهت توصیف فویل کربن تک لایه استفاده کند. بسیاری از دانشمندان تصور می نمودند که صفحه کربن در این ضخامت اندک و برابر با قطر یک اتم کربن، نمی تواند پایدار باشد و سال های بسیاری پس از آن تحقیقات متوقف مانده بود تا جایی که در سال 2004 دو دانشمند به نام های کنستانتین نووسلوف و آندره جیم نخستین بار به طرز موفقیت آمیزی صفحات گرافن را با استفاده از نوار چسب جدا کردند. نوار پیوسته مکرراً استفاده شد تا گرافیت را به تکه های نازک تری جدا کند. سپس نوار با تکه های گرافیت مجزا در استون حل شد و بعد از چند فرآیند، تکه های شامل تک لایه روی یک قرص سلیکونی رسوب داده شد. گفتنی است که جهت کنترل مراحل مذکور از یک میکروسکوپ نوری استفاده شده است. این روش به نوار اسکاچ معروف گشته است.
روش مذکور برای جامعه فیزیک یک شگفتی بود و به همین علت جیم و نووسلوف و همکارانشان از دانشگاه منچستر جایزه نوبل فیزیک سال 2010 را از آن خود نمودند.
اگرجه گرافنی که از این روش تولید می گشت به دلیل مشکلات تولیدی بسیار گران تهیه می گردید، ولی امروزه با گذشت زمان و توسعه روش های نوین، فرایند لایه برداری ورقه های گرافن با روش های خیلی ارزانتر تولید می گردد.
گرافن قبلاً در سال 1947 توسط والاس مورد مطالعه قرار گرفت. او برای محاسبات در زمینه فیزیک حالت جامد گرافن را مورد بررسی قرار داد و ساختار الکترونیکی آن را پیش بینی نمود.



خواص گرافن
گرافن به دلیل ساختار خود، در زمینه های زیادی ویژگی های بسیار منحصر به فردی را نشان می دهد. ثابت شده است که گرافن قوی ترین ماده ای می باشد که تا کنون اندازه گیری شده است. فرانک و همکاران دانشگاهی وی از دانشکده پومونا و دانشگاه کرنل، ثابت فنر ورقه گرافن معلق را اندازه گرفته اند. ثابت فنر ورقه های گرافنی لایه ای با ضخامت بین 2 و 8 نانومتر در محدوده بین 1 تا 5 نیوتن بر متر قرار دارد که این محدوده بر اساس مقیاس گذاری ابعاد قطعه به دست آمده است و مدول یانگ اندازه گیری شده در حدود 5/0 تراپاسکال گزارش شده است.
برخی از خصوصیات دیگر گرافن که تاکنون تعیین شده است بدین صورت بیان میگردد:

چگالی
سلول واحد شش وجهی گرافن دو اتم کربن دارد و سطح مقطعی برابر 052/0 نانومتر مربع دارد. بر اساس محاسبات چگالی آن 77/0 میلیگرم بر متر مربع است. تختخواب توری شکلی را تصور کنید که مساحت آن یک متر مربع است و 77/0 میلی گرم وزن دارد.

شفافیت نوری
گرافن تقریباً شفاف است. فقط 3/2% از شدت نور را مستقل از طول موج در دامنه اپتیکی جذب می کند. این عدد بیانگر آن است که گرافن معلق هیچ رنگی ندارد.

مقاومت مکانیکی
مقاومت شکست گرافن 42 نیوتن بر متر مربع است. برای یک فیلم نازک فرضی از فولاد با ضخامت مشابه گرافن، (ضخامت لایه ای 35/3 آنگستروم از گرافیت) مقاومت شکست در حدود 42/0- 084/0 نیوتن بر متر مربع خواهد بود و نشانگر آن است که استحکام گرافن 100 برابر فولاد است.

رسانایی الکتریکی
مقاومت ورقه دو بعدی گرافن که مقاومت بر واحد سطح نیز گفته می شود، 31 اهم است. رسانایی الکتریکی گرافن در مقایسه با مس کمتر می باشد و هادی بهتری خواهد بود.

رسانایی گرمایی
رسانایی گرمایی گرافن تقریباً 5000 وات بر متر درجه کلوین اندازه گرفته شده است. رسانایی گرمایی مس در دمای اتاق 401 وات بر متر درجه کلوین است. یعنی گرافن 10 برابر بهتر از مس گرما را منتقل می کند.



منبع: موسسه کامپوزیت- نشریه کامپوزیت

 

[P O U R I A]

کاربردهای گرافن

کاربردهای گرافن

گرافن ویژگی های زیادی دارد که می تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد. گرافن بسیار نازک است و از لحاظ مکانیکی بسیار محکم بوده و ماده ای شفاف و یک رسانای انعطاف پذیر است. در یک محدوده وسیع چه با تغلیظ شیمیایی و چه با به کارگیری یک میدان الکتریکی، می توان رسانایی گرافن را بهبود بخشید.
تحرک پذیری (قابلیت سیار بودن) گرافن که در وسایل ارتباطی پارامتری دارای اهمیت بسیار موثری میباشد، بالا بوده و پتانسیل این ماده را برای کاربردهایی با فرکانس بالای الکتریکی نشان می دهد.
از آنجایی که گرافن یک رسانای شفاف است می تواند کاربردهایی چون نمایشگرهای لمسی، سلول خورشیدی و پانل های نوری داشته باشد که در این مورد گرافن می تواند جایگزین اینیدیوم- تین اکسید(ITO) گردد که بسیار گران قیمت می باشد.
سنسورهای گازی و الکتریکی انعطاف پذیر یکی از دیگر زمینه های کاربرد این ماده به شمار می رود. انواع جدیدمواد کامپوزیتی که بر اساس گرافن با مقاومت بالا و وزن کم شناخته شده اند می توانند در ماهواره و صنعت هوافضا مورد استفاده قرار گیرند.


محققان دانشگاه کلمبیا می گویند که برای سوراخ کردن یک ورق گرافن به نیرویی بیش از 20000 نیوتن نیاز خواهد بود، به عنوان مثال به فیلی که در حالت تعادل روی یک مداد قرار گرفته نیاز است تا یک ورق گرافن شکسته شود. گرافن به دلیل داشتن خواص مکانیکی مثل سنسور فشار و تشدیدگر، یک ماده کامل محسوب می شود. علاوه بر مقاومت شگفت انگیز گرافن، ویژگی های دیگر آن نیز در کاربردهای عملی پتانسیل قابل توجه ای نشان می دهد. گرافن ماده ای است که تحت دمای اتاق پایین ترین مقاومت را دارا می باشد و از این رو می تواند در پلاستیک ها مورد استفاده قرا گیرد تا آنها را به رسانای الکتریکی تبدیل کند. ساختار دوبعدی گرافن باعث می شود که یک ماده عالی برای سنسورها باشد، چرا که همه حجم گرافن در معرض محیط اطرافش قرار می گیرد و بازده شناسایی مولکول های جذب شده در این حالت بسیار بالا است. این امر امکان ساختن سنسورهایی که مولکول های خطرناک موجود در فضای فرودگاهی و ایستگاهای زیرزمینی را شناسایی می کند، فراهم می آورد.

کامپیوتر بخش دیگری است که گرافن می تواند در این زمینه مورد بهره برداری قرار گیرد. یک ترانزیستور پایه گرافنی 100 گیگاهرتزی توسط شرکت IBM ساخته شده است و این شرکت اظهار می کند که ساخت پردازنده یک تراهرتزی در آینده ای نزدیک امکان پذیر خواهد بود.


به کار گیری گرافن می تواند آینده علم را تغییر دهد
پتانسیل بالای گرافن برای این ماده کاربردههای مختلفی را ایجاد می کند که از میان آنها می توان به افزایش کارایی باتری های الکتریکی با استفاده از پودر گرافن، تهیه ظروف پلاستیکی جهت نگهداری غذا برای مدت زمان طولانی، ساخت توربین های بادی قوی تر و بالاخره استفاده در وسایل ورزشی و در نتیجه بهبود کارایی آنها اشاره کرد.


کاربردهای پزشکی
مطابق با تحقیقات انجام شده در آکادمی علوم چین در شانگهای، می توان از گرافن برای ساخت کاغذ ضدباکتری استفاده کرد. صفحات دو بعدی این ماده به طور موثری جلوی رشد باکتری های اشرشیاکلی(E.Coli) را خواهد گرفت. همچنین محققین دیگری مانند چونهای فان و همکارانش متوجه شده اند که مشتقات گرافن، از قبیل اکسید گرافن و اکسید گرافن احیاء شده مانع رشد میکروب ها می شوند. فان می گوید که این یک یافته مهم است، زیرا مطالعات قبلی نشان داده اند که گرافن و به ویژه اکسید گرافن، با شرایط زیستی سازگار هستند و سلول های زیستی می توانند روی بستر های گرافنی به خوبی رشد کنند، در حالی که انواع دیگر نانوذرات، مانند نقره، که به عنوان مواد ضد باکتری شناخته شده اند، اغلب برای سلول های زیستی سمی مبیبا شند.
این دانشمندان برای ساخت کاغذ گرافنی، ابتدا اکسید گرافن احیاء شده در آب را تولید نموده و سپس این محلول را در سرتاسر یک کاغذ صافی، تحت خلا صاف کردند. در نهایت بک کاغذ اکسید گرافن و اکسید گرافن احیاء شده ای از این فیلتر کاغذی جدا شد. تصاویر عبوری از میکروسکوپ الکترونی نشان دادند که غشاء های سلولی باکتری های E.Coli قرار داده شده روی این صفحات گرافنی به شدت تخریب شدند. طبق گفته این دانشمندان، این تخریب به این دلیل اتفاق می افتد که گرافن وارد ایندوزوم سیتوپلاسم این سلول ها می شود و آن را به بیرون سلول انتقال می دهد. تقریبا 99 درصد این سلول ها فقط بعد از دو ساعت تماس با یک محلول 85 گرم در میلی لیتر از اکسید گرافن در دمای 37 درجه سانتی گراد، تخریب شده اند.
این گروه تحقیقاتی اکنون بر روی علت ضدباکتری بودن اکسید گرافن مطالعه می کند. محققین در تلاش هستند تا در نهایت مواد ضد باکتری جدیدی از گرافن تهیه کنند تا بتوان آنها را به منظور التیام زخم مستقیماً روی پوست قرار داد.

دانشمندان با بررسی گرافن به وسییله پرتوهای مادون قرمز مشاهده کردند که این ماده از میزان جذب بسیار بالای پرتوها برخوردار است و این در حالی است که بر اساس مدل الکترون های مستقل پیش بینی می گردد که این ماده نباید هیچ نوع پرتوی را جذب کند. بر اساس مشاهدات مذکور، سرعت الکترون ها نیز ثابت نبود و به انرژی حرکت بستگی داشت. به گفته محققان آمریکایی، با این اطلاعات می توان در مورد به کارگیری گرافن در فناوری نانوالکترونیک، فرضیه های جدیدی ارائه کرد.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه کامپوزیت

 

[P O U R I A]

صفحه نمایش های OLED جدید با استفاده از گرافن
پژوهشگرانی از دانشگاه استنفورد با استفاده از گرافن به عنوان الکترود شفاف توانستند به طور موفقیت آمیزی مدل کاملاً جدیدی از دیودهای نور- گسیل آلی (OLED) را توسعه دهند.
به گزارش سرویس علم و فناوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو، این پیشرفت می تواند برای تولید انبوه و ارزان OLED ها بر روی زیر لایه های پلاستیکی انعطاف پذیر با اندازه بزرگ و قیمت کم راه را هموار سازد، به گونه ای که مانند کاغذ دیواری پیچیده شوند و در مواقع لزوم استفاده گردند.
OLED ها به خاطر کیفیت تصویر بسیار خوب، توان مصرف پایین و ساختار بسیار نازک ،بیش از 20 سال است که توسعه یافته اند و اخیراً در تلویزیون ها و صفحه نمایش های بسیار نازک مانند دوربینن های دیجیتالی و گوشی تلفن همراه کاربردهای فراوانی پیدا کرده اند.
OLED ها از ساختار آلی فعال و تابناکی که بین دو الکترود قرار داده شده است، تشکیل می شوند. یکی از الکترودها باید شفاف باشد. استفاده از اکسید قلع ایندیوم (ITO) در این ساختارها مرسوم است. با این حال، ایندیوم یک ماده کمیاب و گران قیمت است و بازیافت آن مشکل می باشد. تاکنون دانشمندان برای یافتن جایگزین مناسبی برای این ماده تلاش فراوانی کرده اند.
نسل بعدی افزوده های اپتوالکترنیکی نیاز به الکترودهای رسانا و شفافی دارند که سبک، ارزان، انعطاف پذیر و سازگار با محیط زیست بوده و با روش های تولید انبوه سازگاری داشته باشند. گرافن، در طول دو سال گذشته به خاطر خواص الکتریکی و نوری منحصر به فرد خود توانسته است خود را مطرح کند به تازگی محققانی از دانشگاه استانفورد، توانستند برای اولین بار به طور موفقیت آمیزی از گرافن به عنوان الکترود در OLED ها استفاده کنند. آنها با استفاده از گرافن به OLED هایی رسیده اند که دارای عملکردی مشابه با افزوده های کنترلی ساخته شده از آندهای شفاف ITO می باشد. این امر می تواند در کاربردهای واقعی بسیار جذاب و امید بخش باشد.
این پژو هش توانسته است توان بالقوه فوق العاده گرافن را نشان دهد و راه کاملاً جدیدی به روی توسعه رساناهای شفاف، کارآمد و اقتصادی جهت افزاره های اپتوالکترونیکی انعطاف پذیر، مانندOLED ها و سلول های فوتوولتائیک آلی، باز کند. انتقال گرافن نازک و بزرگ به روی یک زیر لایه انعطاف پذیر قبلاً انجام شده است. با ترکیب این دو فناوری، میتوان انتظار داشت که در آینده نزدیک OLED های گرافنی بر روی پلاستیک انعطاف پذیر ساخته شوند.



ابر خازن ها:
توسعه منابع تولید انرژی در یک دهه اخیر شتاب قابل توجهی پیدا کرده و دلیل اصلی آن افزایش بحران ها و چالش ها ی موجود در زمینه تامین انرژی برای مردم جهان بوده است.
در این میان نیاز به تجهیزات و فناوری های لازم برای این منظور یکی از دل مشغولی های دانشمندان در سال های اخیر بوده و ناگفته پیداست طراحی و ساخت ابر خازن ها به عنوان با اهمیت ترین ابزار ذخیره سازی انرژی های تولید شده، از مهم ترین این نگرانی ها بوده است. در این خصوص به تازگی در آمریکا گروهی از محققان با استفاده از ماده گرافن، ابر خازن های جدیدی را طراحی نموده اند که با استفاده از آن می توان به آینده ذخیره سازی بهتر انرژِی های تولید شده امیدوار بود. زمانی که شما با کمبود انرژی مواجه هستید و تلاش می کنید با استفاده از تکنیک های نوین این کمبود را جبران کنید، به تجهیزاتی نیاز دارید تا بتوان این انرژی تولید شده را در آنها ذخیره کرد. حال هیچ تفاوتی نمیکند درباره چه نوع انرژی صحبت کنید. انرژی الکتریکی که تولید می شود، می تواند از توربین های بادی یا آبی یا نظایر آنها باشد. در حال حاضر تجهیزات و ذخیره کننده هایی از این دست وجود دارند اما در برابر افزایش احتمالی تقاضا ها قابل اطمینان نیستند. یعنی نمی توان آنها را برای استفاده های کلان شهری و صنعتی به کار گرفت.

در حال حاضر ابرخازن های ذخیره کننده انرژی متعددی در قالب فناوری های مختلف وجود دارند که تا حدی انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کنند، اما این کافی نیست. برای این منظور با استفاده از شبیه سازی های رایانه ای الکترودهای مخصوصی را با استفاده از ورقه های گرافنی کربنی تهیه نموده اند. در اینجا باید به نکته مهمی توجه کرد. در حال حاضر ابرخازن هایی که در صنایع مختلف به کار گرفته می شوند، دارای محدودیت های کاربردی گوناگونی هستند و جالب این است که این محدودیت ها عمدتاً به سطوح الکترودهای به کار گرفته شده در آنها باز می گردد. با بررسی هایی که روی ساختار طبیعی گرافن و مشخصه های شیمیایی آن انجام گرفته، مشخص شده است که سطوح ارائه شده از این ماده، بازده بالاتری در ذخیره سازی انرژی دارند. از این ابرخازن ها برای تنظیم جریان برق موجود در شبکه های برق استفاده شده تا به سامانه های مرتبط با آن آسیب های کمتری وارد شود. همچنین دانشمندان امیدوار هستند تا از آ ن در طیف گسترده ای از سامانه های حمل و نقل درون شهری استفاده کنند. هم اکنون برخی ابزار آلات صنعتی با استفاده از نسخه ابتدایی این فناوری کار میکنند، اما آنها تلاش می کنند برای راه اندازی تجهیزات صنعتی بزرگ تر نیز از ابرخازن های قدرتمندتر و قابل اطمینان تر استفاده گردد.

مهم ترین مزیت استفاده از گرافن در این فرایند، خروجی قابل توجه ابرخازن هایی است که با استفاده از الکترودهای گرافنی ساخته می شوند و تا پیش از این در ابرخازن ها وجود نداشتند. در این فرایند ابتدا اکسید گرافن را در حلال آبی قرار داده تا گرافن به صورت خودکار به ورقه های بسیار نازک و پولکی اکسید گرافن تبدیل شود و نکته جالب این است که ضخامت این صفحات در حد اتم است. در مرحله بعد اتم های اکسیژن از مدار خارج می شوند تا الکترود گرافنی برای استفاده آماده گردد.

این مقوله جذاب، آینده روشنی دارد که هنور تحقیقات عمده ای در زمینه آن انجام نشده است. با این حال در گوشه و کنار جهان کارهای تحقیقاتی در حال انجام است که برخی از آنها قابلیت ارائه شدن در ابعاد صنعتی و نیمه صنعتی را نیز دارند. در این میان برخی از دانشمندان از نانولوله های کربنی استفاده نموده اند تا از ویژگی های خاص آنها از جمله ضریب بالای استحکام و رسانایی خوب و الکتریکی استفاده کند. با این حال باید گفت تمام فناوری هایی که در این زمینه ارائه می شوند، همه هدفی مشخص و مشابه دارند و آن افزایش توان ذخیره سازی اترژی در ذخیره کننده ها می باشد.
این ابرخازن ها باز هم قابلیت توسعه و افزایش بازده ذخیره انرژی را دارند و همان طور که برا ی این منظور به استفاده از گرافن روی آورده شده است، ممکن است در آینده ای نه چندان دور مواد بهتری پیدا شوند که توسعه این دانش را تسریع کنند. اکنون دانشمندان در تلاش هستند این فناوری را به مرحله تولید نیمه صنعتی و صنعتی برسانند و آن را در اختیار کارخانجات و مراکز مختلف تحقیقاتی قرار دهند.


شناساگرهای بسیار حساس جرم
گرافن به عنوان یک حسگر بسیار حساس جرم می باشد. محققان در دانشگاه کلمبیا اولین تشدید کننده های نانومکانیکی گرافنی را ساخته اند. این افزاره ها که شامل صفحات گرافن نوسان کننده معلق شده روی شیارهای میکرو اندازه هستند، می توانند به عنوان شناساگرهای قوی و بسیار حساس جرم استفاده شوند.
صفحات گرافن علاوه بر خواص الکتریکی عالی، بسیارسخت و مستحکم هستند. این صفحات می توانند برای ساخت افزاره های فرکانس بالا استفاده شوند. این افزاره ها به خاطر چگالی کم خود، به اضافه شدن جرم بسیار حساس هستند. با وجود این که نانو لوله های کربنی همین مزایا را دارند و آنها نیز برای ساخت شناساگرهای بسیار حساس جرم استفاده شده اند، اما مزیت گرافن این است که این ماده یک صفحه دوبعدی است که می توان آن را قلم زنی کرد و به هر شکلی در آورد. مزیت فوق این امکان را فراهم می سازد که روی خواص تشدیدی کننده نهایی کنترل بیشتری ایجاد گردد.
محققان برای ساخت افزاره های خود ابتدا ورقه های گرافنی تک لایه را روی بسترهای سیلیکون/ سیلیکا قرار داده و سپس الکترودهای فلزی را الگو داده و برای تولید گرافن معلق شده، سیلیکا را اچ کردند. این افزاره ها در فرکانس های مگاهرتزی، با فرکانس حداکثر حدود 65 مگاهرتز که وابسته به هندسه افراره است، نوسان می کنند. این فرکانس همچنین می توانند با یک ولتاژ DC که به الکترود گیت اعمال می شود و به صفحه گرافن تنش وارد می کند، تنظیم شود.
هنگامی که یک شیء روی این افزاره ها قرار می گیرد، این فرکانس تغییر می کند. این تغییر با الکترودها شناسایی می شود و برای محاسبه جرم شیء مذکور استفاده می شود. اندازه گیری ها نشان می دهند که این افزاره ها به جرم حدود یک زپتوگرم حساس هستند.


گرافن با خواص آب دوستی و آب گریزی
یک گروه تحقیقاتی در آمریکا روشی برای تولید گرافن ارائه کرده است که به وسیله آن می توان با تغییر شرایط، گرافن هایی با خواص دفع کنندگی یا جذب کنندگی آب تولید کرد. این گرافن ها می توانند در صنعت کاربردهای بسیاری داشته باشند.
دیکرسون و همکارانش از دانشگاه وندربیت، برای تولید فیلم های اکسید گرافنی روشی ارائه کردند که پس از اعمال تغییراتی در سطح آن، زبری سطح به نحوی تغییر می کند که آب در سطح جمع نمی شود، بلکه به طور غلطان روی آن حرکت می کند. این سطح می تواند در شیشه ی جلو خودروها مورد استفاده قرار گیرد.
به اعتقاد دیکرسون، فیلم های گرافنی شفاف بوده و از آنجا که از کربن ساخته شده اند، بسیار ارزان هستند. روش این گروه به سرعت قابل صنعتی شدن است و به کمک آن می توان برای مصارف تجاری، فیلم های مذکور را به صورت انبوه تولید کرد.
معمولا گرافن را با روش لایه برداری مکانیکی تولید میکنند که روشی خشک و محصول آن بسیار شکننده است. در روش ارائه شده از سوی دیرسون، گرافن به صورت نازک اما مستحکم تولید میشود. از این روش در تولید سرامیک ها و دیگر پوشش ها استفاده می شود. این روش رسوب الکتروفورتیک نام دارد که روشی مرطوب بوده و در آن، میدان الکتریکی روی محیط سیال اعمال می شود. از این روش در تولید فیلم هایی از نانو ذرات استفاده می شود که بعد از تولید به سطح دیگری منتقل می شود.
دیکرسون و همکارانش دریافتند که می توان با تغییر PH و ولتاژ الکتریکی، ذرات اکسید گرافن را به صورت فیلم ایجاد کرد. برای تولید گرافن دو راهبرد متفاوت ارائه شد. در یکی، ذرات اکسید گرافن به طور انفرادی روی سطح نشست می کردند و در راهبرد دیگر ذرات به صورت کلونی نشست کرده و گرافن تولید می شود. گرافن حاصل از راهبرد اول صاف تر بوده و آب روی آن پخش می شود، اما گرافن دوم سطح غیر یکنواختی داشته و آب روی آن می غلطد. گروه مذکور قصد دارد روی بهبود خواص سطحی این گرافن ها کار کند تا خواص آب دوست و آب گریزی را در هر دو نوع سطح بهبو د بخشد.
از این گرافن ها در تولید فلور گرافن که ماده ای شبیه تفلون است، استفاده خواهد شد تا خواص دفع آب آن افزایش یابد.


افزایش خواص مکانیکی کامپوزیت های پلیمری با استفاده از گرافن
روش افزودن و درصد وزنی گرافن، با توجه به اینکه افزودن آن از یک حدی به تشکیل صفحات روی یکدیگر منتج شده و در نهایت افزایش خواص مکانیکی زیادی را در پی نداشته و در صورت گلوله ای شدن و به یکدیگر چسبیدن حتی باعث افت خواص می شود، این نکته را تاکید می نماید که چگونگی توزیع آنها در رزین بایستی بررسی و تحت کنترل انجام پذیرد.
استفاده از درصدهای پایین ورق های گرافن در کامپوزیت به عنوان یک مزیت مطرح است و با توجه به سطح آزاد صفحات گرافن و تمایل به پیوند بالا نسبت به نانو لوله های کربنی (تعداد پیوندهای آزاد بیشتری دارد) معمولا هنگام استفاده از این ماده از درصدهای وزنی بسیار کم استفاده می گردد تا از گلوله شدن و چسبیدن ذرات به یکدیگر جلوگیری شود.
به علاوه با توجه به هزینه اولیه این نانو ذرات، استفاده از درصدهای پایین این مواد (نحوه توزیع) باعث اقتصادی تر شدن کاربرد آنها در نانو کامپوزیت های پلیمری خواهد شد.
با توجه به این که ورق گرافن به صورت صفحه ای در کامپوزیت توزیع می گردد، به نظر می رسد ورق مذکور با کاهش دادن احتمال بروز تورق در کامپوزیت، باعث افزایش طول عمر آن شود.
در نمودار زیر مشاهده می گردد که تنها با افزایش 1% درصد وزنی ورق گرافن چند لایه ای، استحکام کششی رزین اپوکسی به میزان 45 درصد افزایش یافته است.


منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه کامپوزیت

 

[P O U R I A]

روش های تولید گرافن

روش های تولید گرافن

گرافن به دلیل داشتن ویژگی های عالی مکانیکی، الکتریکی، دمایی، اپتیکی، مساحت سطحی بسیار بالا و امکان کنترل تمام این ویژگی ها از طریق عامل دار کردن شیمیایی، مورد توجه دانشمندان قرار دارد. برای تولید گرافن و مشتقات شیمیایی آن از گرافیت و مشتقات آن روش های مختلفی وجود دارد که هر یک مزایا و معایبی دارند.


گرافن را می توان با استفاده از روش های زیر سنتز نمود

الف) روش رسوب بخار شیمیایی (CVD)
این روش در سال 1970 پایه گذاری شد و برای تولید گرافن توسط دانشمندان زیادی دنبال شده است.
ب)روش رشد همبافته فیلم های گرافن روی صفحات عایق واسط
پ)ورقه ای نمودن به صورت مکانیکی از یک حجم گرافیت مانند استفاده از چسب اسکاچ
ت)ورقه ای نمودن گرافیت با استفاده از روش های حرارتی
ث)کاهش مشتقات گرافن مانند اکسید گرافیت
ج)تولید گرافن مصنوعی​

تولید گرافن با استفاده از قند معمولی
گروهی از پژوهشگران آمریکایی در بررسی های خود کشف کردند که با دستکاری یک حبه قند معمولی می توان ورقه های گرافن ایجاد کرد.
ماده جدید گرافن که تنها از یک اتم کربن تشکیل شده می تواند برای ایجاد نسل جدیدی از دستگاه های الکترونیکی که انرزی کمتری مصرف کرده و فضای کمی اشغال می کنند به کار رود. دانشمندان دانشگاه رایس در تحقیقات خود دریافتند که می توان از قند معمولی گرافن به دست آورد در صورتی که فرایند تبدیل قند به گرافن به مرحله تجاری سازی برسد، قند می تواند در کاهش گازهای گلخانه ای و محافظت از منابع طبیعی نقش مهمی ایفا کرده و همزمان موجب توسعه بیشتر ابزارهای الکترونیکی شود.
بر اساس گزارش رویترز، فرایند ایجاد گرافن از دستکاری قند نه تنها از این نظر که از مواد غیر سمی برای ایجاد گرافن استفاده شده است اهمیت دارد، بلکه از این جنبه نیز حائز اهمیت است که می توان تنها در یک مرحله و در دمای نسبتاً پایین از قند گرافن تهیه کرد.
این محققان مواد غنی از کربن همچون پلکسی گلاس را بر روی یک زیر لایه از جنس مس یا نیکل قرار دادند. زمانی که این فلز اسیدی در معرض هیدروژن و گاز ارگون قرار گرفت همانند یک کاتالیزور رفتار کرد و به این ترتیب کربن خالص به دست آمد و یک لایه منفرد از گرافن تولید شد.
در پایان این فرایند، دانشمندان منابع کربنی دیگری را مورد آزمایش قرار دادند. به عبارت دیگر 10 میلی گرم قند را روی یک ورقه مس گذاشتند. سپس همان شرایط را بر روی این قند اعمال کردند و به سرعت یک لایه گرافن به دست آوردند.


گرافن مصنوعی
فیزیکدانان ایتالیایی موفق شدند اولین گرافن مصنوعی را با استفاده از گالیوم درون یک نیمه رسانا ایجاد کنند. به همین منظور گروهی از دانشمندان لابراتور ملی علوم و فناوری نانو در شهر پیزای ایتالیا توانستند نوع جدیدی از نیمه رساناها را ایجاد کنند که در آنها از گرافن استفاده نشده اما ساختار نانویی و خصوصیات فیزیکی آن دقیقاً همانند گرافن است.
در این نیمه رسانای جدید از آرسنید گالیوم استفاده شده است. به طور معمول از این ماده در ساخت ترانزیستورهای پرسرعت و لیزرها استفاده می شود. این ماده به راحتی قابل تولید و قابل به کارگیری است و از این پس می تواند از نظر ساختار نانویی و خصوصیات فیزیکی به شکل گرافن در آید.
نتایج این تحقیقات در فناوری و ساخت دستگاه های الکترونیکی به خصوص در ساخت دستگاه های نانویی در سطح صنعتی از ارزش بالایی برخوردار است.


سنتز گرافن از گرافیت با استفاده از روش های حرارتی
روش های بر پایه حرارتی به علت اقتصادی بودن و امکان تولید بالا، برای تولید گرافن در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
اکسید گرافن از اکسید گرافیت حاصل می شود و اکسید گرافیت از اکسیداسیون گرافیت به دست می آید که روشی بسیار قدیمی و مربوط به دهه 1860میلادی می باشد. در سال 2004 آقای استانکوویچ و همکارانش برای تولید آسان این ماده و کاهش قیمت آن، روشی ارائه دادند که با استفاده از آن برای به کارگیری گرافن در صنعت، فرصت های زیادی ایجاد شد.
در این روش با استفاده از تغیرات و شوک حرارتی، تولید صفحات گرافن از اکسید گرافیت در حجم قابل توجه امکان پذیر خواهد شد. در شکل زیر روند تهیه گرافن توسط این روش، به صورت شماتیک نشان داده شده است.
با ترکیبی از اکسیدکننده های قوی مانند اسید نیتریک، اسید سولفوریک، کلرات پتاسیم می توان گرافیت را به روش استادن مایر اکسید نمود. لازم به ذکر است که در این مرحله اکسید نمودن تنها به منظور شکستن پیوندهای مستحکم کربن- کربن بین لایه ها و قرار دادن اکسیژن در بین آنها دنبال می گردد.
در این روش، 45 میلی لیتر اسید نیتریک با غلظت بالای 90% به همراه اسید سولفوریک به غلظت 95 تا 98درصد، به یک ظرف 500 میلی لیتری که دارای چند ورودی و خروجی می باشد و یک همزن مغناطیسی نیز درون آن قرار گرفته است، وارد می گردد. به علت گرما زا بودن واکنش باید در طی آزمایش، ظرف درون حمام یخ قرار گرفته باشد. مجموعه جهت کاهش دما به مدت 15 دقیقه توسط همزن همزده می شود. 5 گرم از گرافیت طبیعی به سایز 45 میکرو متر طی همزدن محلول به آرامی به آن اضافه می گردد.
در این قسمت باید 55 گرم کلرات پتاسیم 98 درصدی به آرامی و طی 15 دقیقه به آن اضافه گردد. این مرحله به علت احتمال افزایش غلظت و امکان انفجار باید تحت کنترل و با رعایت نکات ایمنی فردی انجام پذیرد. پس از این مرحله، باید محلول به مدت 96 ساعت در دمای محیط همزده شود. با استفاده از 4 لیتر آب یونیزه شده باید محلول شسته و صاف شود. در این زمان شستشو باید طوری انجام پذیرد که PH محلول اسیدی نباشد.
جهت خشک کردن ذرات باید محلول طی مکانیسمی توسط روش اسپری کردن با هوای ورودی 300 درجه سانتیگراد، هوای خروجی 100 درجه سانتیگراد و دبی جرمی 80 کیلوگرم بر ساعت، اسپری گردد.
با قرار دادن نانو ذرات در محفظه خلاً در دمای 60 درجه، اکسید گرافیت برای انجام مرحله بعد آماده
می گردد. پس از تهیه ذرات پودری شکل اکسید گرافیت، این ماده درون یک لوله کوارتز به قطر 25 میلیمتر و طول 103 سانتیمتر که یک سمت آن بسته می باشد، قرار میگیرد. در این قسمت گاز آرگون توسط یک لوله وارد محفظه شده و با یک درپوش پلاستیکی در آن بسته می گردد و به مدت 10 دقیقه اکسید گرافیت در معرض گاز آرگون قرار می گیرد.
سپس لوله کوارتز به مدت 3 ثانیه در کوره ای با دمای 1050 درجه سانتی گراد قرار میگیرد. با توجه به شوک حرارتی داده شده و انبساط بین لایه ها، پیوند ضعیف شده بین آنها شکسته می شود و صفحات گرافن جدا میگردند. در این قسمت کنترل ابعادی و تصحیح فرایند انجام خواهد پذیرفت تا لایه های گرافن به ضخامت بسیار پایین و مطلوب 34% نانو متر برسند. در نمودار گردش کار زیر کلیه مراحل به صورت خلاصه ذکر شده است.

روشهای مدل سازی خواص مکانیکی صفحات گرافن
مدل سازی مکانیکی صفحات گرافن به دو روش انجام پذیر خواهد بود.
- مدل پیوسته
- مدل گسسته اتمی



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه کامپوزیت

 

[P O U R I A]

کامپوزیت های گرافن (قسمت اول)

کامپوزیت های گرافن (قسمت اول)

طی چند سال اخیر خواص منحصر به فرد گرافن توجه بسیاری از محققان و رسانه ها را به خود جلب نموده است. گرافن و مشتقات آن (نظیر اکسیدهای گرافن) از این پتانسیل برخوردار هستند که در مقیاس تجاری تولید شوند و مورد استفاده قرار گیرند. در بسیاری از کاربردها گرافن به صورت مصنوعی، با کیفیت بسیار بالا و در مقیاس صنعتی تولید می شود. در کاربرد های پیشرفته ای نظیر نانو الکترونیک که به ساختارهای پیچیده-ای در مقیاس نانو نیاز است، از نانو روبان های گرافن استفاده می گردد. لازم به ذکر است که یکی از راه های ایجاد نوار ممنوعه (حد فاصل بین نوار رسانش و نوار ظرفیت) در گرافن، تبدیل آن به نانو روبان گرافن است. به این ترتیب می توان در صنعت الکترونیک از مزایای گرافن بهره مند گردید. اگرچه می توان گرافن را در مقیاس نانو تولید نمود، اما هنوز باید خواص نانو گرافن را بیشتر ارتقاء بخشید تا در کاربردهایی که در آنها از این محصول استفاده می شود، بازده کار افزایش یابد. البته تحقق بخشیدن به این ایده مستلزم صرف هزینه-های گزافی می باشد. بنابراین در آینده نزدیک نمی توان نانوگرافن را در مقیاس تجاری تولید نمود. از خواص منحصر به فرد گرافن می توان به استحکام مکانیکی، رسانایی حرارتی و رسانایی الکتریکی فوق العاده آن اشاره کرد. بسیاری از صنایع حاضرند بدون اینکه منتظر بمانند تا گرافن مصنوعی در مقیاس صنعتی و با قیمت پایین تولید شود، از همین حالا این ماده شگفت انگیز را مورد استفاده قرار دهند. لازم به ذکر است که گرافن مصنوعی نوعی نیمه رساناست که در آن از گرافن استفاده نشده است بلکه ساختار نانویی و خواص فیزیکی آن دقیقاً همانند گرافن می باشد. می توان کامپوزیت های تقویت شده با گرافن را در مقیاس تجاری و با هزینه اندک تولید نمود. در این کامپوزیت ها وجود گرافن سبب می گردد که رسانایی و استحکام مواد توده ای (سه بعدی) افزایش یابد. به علاوه در این کامپوزیت ها می توان از گرافنی استفاده نمود که با روش های ارزان تری تولید شده است. به عنوان مثال لایه برداری از گرافیت یکی از روش های ارزان تولید گرافن است. گفتنی است که بسیاری از مواد هنگامی که به شکل توده ای هستند، نسبت به شکل تک لایه ای (دوبعدی) خود رفتار متفاوتی نشان می دهند. منشأ این اختلاف رفتار، نیروهای ضعیفی است که تعداد زیادی تک لایه را در کنار هم نگه می دارند و یک توده از آن ماده را ایجاد می کنند. از آنجا که تولید مواد به شکل تک لایه و در ابعاد بزرگ با چالش هایی همراه است و تقریباً غیر ممکن می باشد، استفاده از شکل توده ای ماده می تواند راه ساده ای برای بهره گیری از خواص منحصر به فرد تک لایه ها باشد. گرافن طبیعی از کیفیت مطلوبی برخوردار نیست بنابراین دربسیاری از کاربرد های الکترونیکی نمی توان از آن استفاده نمود. اما می توان در نانو کامپوزیت ها از ماده مذکور بهره جست.
امروزه محققان توانسته اند با افزودن مقدار کمی گرافن به فلزات، پلیمرها و سرامیک ها، موادی چقرمه و سبک تولید کنند. لازم به ذکر است که به مقاومت مواد در برابر شکست ناشی از اعمال تنش، چقرمگی می گویند. برخی مواد، چقرمه هستند و برخی دیگر ترد و شکننده. معمولاً کامپوزیت ها نسبت به مواد توده ای خالص از رسانایی الکتریکی بالاتری برخوردار هستند و در مقابل حرارت نیز بیشتر مقاومت می کنند.
در سال 2012 میلادی، محققانی از کشور آلمان عملکرد کامپوزیت لاستیک استایرن بوتادین/نانو صفحات گرافن را ارزیابی نمودند. سپس عملکرد این کامپوزیت، عملکرد کامپوزیت لاستیک استایرن بوتادین/نانو لوله های کربن و عملکرد کامپوزیت لاستیک استایرن بوتادین/گرافیت قابل انبساط را با یکدیگر مقایسه کردند. گفتنی است که لاستیک استایرن بوتادین یک نوع لاستیک خودرو می باشد.
نانو صفحات گرافن خواص الکتریکی لاستیک استایرن بوتادین را افزایش داده بودند. به عبارت دیگر با افزودن نانو صفحات گرافن، مقاومت ویژه این لاستیک 15% کاهش یافت. در حالیکه افزودن نانولوله های کربن چند دیواره مقاومت ویژه لاستیک را تنها 5% کاهش داده بود.لازم به ذکر است که مقاومت ویژه از مشخصات ماده اولیه است و کمتر به نمونه ساخته شده از آن مربوط می شود.
برای آزمایش خواص مکانیکی کامپوزیت لاستیک استایرن بوتادین/نانو صفحات گرافن نیز از روش هایی نظیر آنچه در بالا گفته شد، استفاده گردید. نتایج آزمایش ها حاکی از آن بود که نانولوله های کربن چند دیواره بیشتر از نانو صفحات گرافن، استحکام کششی لاستیک استایرن بوتادین را افزایش می دهند. زیرا نانولوله های مذکور در غلظت پایین نیز به صورت شبکه در می آیند. البته عملکرد نانو صفحات گرافن نیز خوب بود.

اگرچه نانولوله های کربن چند دیواره در کامپوزیت های لاستیک استایرن بوتادین از خود عملکرد بهتری نشان می دهند، اما برای تولید انبوه این لاستیک ها استفاده از نانو صفحات گرافن مقرون به صرفه تر است.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[P O U R I A]

کامپوزیت های گرافن (قسمت دوم)

کامپوزیت های گرافن (قسمت دوم)

کامپوزیت های تیتانیم-گرافن
تیتانیم فلزی است که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالا و سبکی، به عنوان یک ماده سازه ای مهم شناخته شده است. به همین علت از این ماده در کاربردهای تجاری، نظامی و صنعتی استفاده می¬گردد. اما تیتانیم از رسانایی حرارتی پایینی برخوردار است و به همین سبب در بسیاری از کاربردها نمی توان از آن بهره جست.
تحقیقات نشان داده اند که با اضافه کردن گرافن، رسانایی حرارتی تیتانیُم به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. در سال 2012 میلادی شرکت اِکس جی سایِنسِز (شرکت تولید کننده مواد مهندسی) و آزمایشگاه ملی اوک ریج با مشارکت یکدیگر کامپوزیت های پیشرفته تیتانیم-گرافن را تولید نمودند. در این همکاری مشترک از فناوری های شرکت اِکس جی سایِنسِز در تولید انبوه نانو صفحات گرافن استفاده گردید ضمن اینکه فرآیند تولید نانو مواد فلزی در دمای پایین نیز در آزمایشگاه ملی اوک ریج اجرا شد.
دانشگاه یون نان چین نیز با یک فناوری پیشرفته تر توانست بر روی گرافن رشد داده شده روی بستر تیتانیم، مولکول های هیدروژن را جذب سطحی نماید. تحقیقات این دانشگاه نشان داد که حضور تیتانیم باعث میگردد که ملکول های هیدروژن راحت تر به گرافن بچسبند. به نظر محققان این دانشگاه با روش مذکور می توان ظرفیت پیل های سوختی را افزایش داد و گاز هیدروژن بیشتری در آن ذخیره نمود. لازم به ذکر است که انرژی الکتریکی که توسط پیل سوختی تولید می گردد، حاصل ترکیب هیدروژن و اکسیژن می باشد.



پیشرفت های جدید در زمینه تولید کامپوزیت های گرافن
طی سال های اخیر دانشمندان با استفاده از گرافن، کامپوزیت های پیشرفته ای تولید نموده اند که از خواص مکانیکی و حرارتی بالایی برخوردار می باشند. اما تنها در تعدادی از این کامپوزیت ها، رسانایی الکتریکی در حد مطلوب میباشد.
آکادمی علوم شِنیانگ (واقع در کشور چین) یک کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با گرافن تولید نموده است که از رسانایی الکتریکی بالایی برخوردار می باشد. در این کامپوزیت، شبکه ای انعطاف پذیر از گرافن به زمینه پلی دی متیل سیلوکسان (از خانواده سیلیکون ها) اضافه شده است. در این فناوری، کربن بر روی فوم نیکل رشد داده شد و به این ترتیب فوم گرافن تولید گردید. سپس پلیمر پلی متیل متاکریلات بر روی لایه نازک کربن رسوب داده شد تا از بد شکل شدن فوم گرافن جلوگیری کند. آنگاه توسط یک اسید قوی زیر لایه نیکل شسته شد و فوم گرافن با پلی دی متیل سیلوکسان آغشته گردید. به این ترتیب یک کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با گرافن به دست آمد که علاوه بر سبک بودن از انعطاف پذیری و رسانایی بالایی برخوردار بود.
در سال 2012 میلادی دانشگاه نفت و مواد معدنی ملک فهد (واقع در عربستان سعودی) نانو کامپوزیت دی اکسید تیتانیم/گرافن را تولید نمود. با بهره گیری از این کامپوزیت به عنوان یک کاتالیست، می توان ترکیبات آلی خطرناک موجود در فاضلاب ها را با روش تخریب نوری از بین برد. کامپوزیت مذکور با روش های کلسینه کردن و سونوشیمی تولید میگردد. توضیح اینکه کَلسینه شدن یا تَکلیس عبارت است از فرآیند تشکیل اکسید یک فلز یا ترکیبات دیگر در اثر حرارت دادن فلز در مجاورت هوا و سونوشیمی عبارت است از استفاده از امواج آلتراسونیک (مافوق صوت) در پیشبرد و تسریع واکنش های شیمیایی که با ایجاد حباب های ریز که از زمان پایداری بسیار کوتاهی برخوردار می باشند (پدیده کاویتاسیون) انجام میشود. محققان مذکور دریافتند که در مقایسه با دی اکسید تیتانیم خالص، کامپوزیتهای دی اکسید تیتانیم-گرافن از بازده فتوکالیستی بالایی برخوردار میباشند. لازم به ذکر است که واکنش های فتوکالیستی (کاتالیست های نوری) در نیمه رساناها اتفاق می افتند. کاتالیزورهای نوری گروهی از کاتالیزورها میباشند که با قرار گرفتن در معرض تابش نور (مرئی یا نامرئی) فعال میگردند. کاتالیزورهای مذکور معمولاً اکسیدهای جامد نیمه رسانا هستند که با جذب فوتون ها (ذرات نور یا امواج الکترومغناطیسی که مقدار انرژی آن به فرکانس بستگی دارد)، یک جفت الکترون-حفره در آنها ایجاد میشود. این الکترون-حفره ها میتوانند با ذرات موجود در سطح مولکولها واکنش دهند. از کاتالیزور های نوری در تصفیه آب، تصفیه هوا از آلاینده ها، شیشه های خود تمیز شونده، تجزیه مولکول های آلی و غیره استفاده میشود. در کامپوزیت دی اکسید تیتانیم-گرافن، صفحات گرافن سطح بزرگی را ایجاد می کنند و کاتالیست نوری دی اکسید تیتانیم را در بر میگیرند. نور باعث میشود که الکترونهای نوار ظرفیت دی اکسید تیتانیم برانگیخته گردند. صفحات گرافن، الکترون های برانگیخته شده را جذب می کنند و از انتشار امواج الکتریکی جلوگیری می نمایند. به این ترتیب بازده کاتالیزور نوری دی اکسید تیتانیم افزایش می یابد.



نتیجه گیری
گرافن نسبت به دیگر مواد شناخته شده از استحکام بالاتری برخوردار می باشد. به همین دلیل طی دهه های اخیر با استفاده از گرافن، کامپوزیت های جدیدی تولید شده است. کامپوزیت های گرافن نسبت به کامپوزیت های زمینه پلیمری یا دیگر کامپوزیت های پایه کربن (کامپوزیت های تقویت شده با نانولوله های کربن یا الیاف کربن)، از خواص بالاتر و در نتیجه از عملکرد بهتری برخوردار می باشند.
با افزودن مقدار کمی گرافن، خواص کامپوزیت به طور چشمگیری ارتقاء می یابد. به همین علت در مقایسه با دیگر کامپوزیت ها، می توان کامپوزیت های گرافن را به آسانی در مقیاس تجاری تولید نمود و در کاربرد های بسیاری از آن استفاده کرد.
کاربردهایی نظیر لوازم ورزشی، درون کاشت های (ایمپلنت) پزشکی و بخش هایی نظیر هوافضا و انرژی های تجدیدپذیر که در آنها از مواد مهندسی (فلزات، پلیمرها و سرامیک ها) استفاده می گردد، از این پتانسیل برخوردار هستند تا از مزایای کامپوزیت های گرافن بهره مند گردند. کشف گرافن سبب گردید تا با استفاده از آن مواد کامپوزیتی سبک، ارزان قیمت و با عملکرد بالا تولید شوند و برای آنها کاربردهای متنوعی ایجاد گردد.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[P O U R I A]

کاربرد گرافن در قطعات الکترونیکی فوق سریع (قسمت اول)

کاربرد گرافن در قطعات الکترونیکی فوق سریع (قسمت اول)

پس از کشف گرافن تصور میشد که این ماده میتواند در عرصه فناوری تحولات عظیمی ایجاد نماید. اما پس از گذشت سالها دانشمندان به این نتیجه رسیدند که هرگز نمیتوان از تمام پتانسیلهای گرافن بهره جست. در سال 2010 میلادی، پروفسور گِیم به خاطر کشف گرافن برنده جایزه نوبل فیزیک شد. از آن به بعد او در رسانه ها چندین بار در مورد کاربردهای گرافن سخنرانی نمود و عموم مردم را با کاربردهای این ماده جدید آشنا کرد. سپس شرکت فِلَگ شیپ که شرکت مادر شرکت گرافنا (از پیشگامان تولید گرافن در جهان) میباشد، یک سرمایه یک میلیارد یورویی دریافت کرد تا با استفاده از آن بتواند گرافن را در مقیاس تجاری تولید نماید. به گفته آقای آندره فِراری، سرپرست مرکز گرافن دانشگاه کِیمبریج، برای تجاری سازی گرافن هنوز راه طولانی در پیش است.
در صفحات گرافن، نوار ممنوعه (باند گَپ) وجود ندارد
بین مردم عادی و متخصصان در مورد گرافن برداشت های متفاوتی وجود دارد. یکی از علل اصلی این اختلاف برداشت ها از این واقعیت ناشی می شود که گرافن نیمه هادی نیست زیرا در آن نوار ممنوعه وجود ندارد و به همین علت به نظر مردم عادی نمی توان در فرآیند ساخت ترانزیستورها از آن بهره جست. اما متخصصان توانسته اند با ایجاد تغییر در ساختار گرافن، ترانزیستورهای گرافنی تولید کنند. نوار ممنوعه عبارت است از سطح انرژی که الکترون های برانگیخته شده (توسط امواج نوری با طول موج کوتاه) نمی توانند به آن سطح برسند. در واقع به تفاوت انرژی بین لایه ظرفیت (که معمولاً الکترون ها در این لایه قرار دارند) و لایه هدایت، نوار ممنوعه گفته می شود. به همین دلیل است که الکترون هایی که زیر نوار ممنوعه قرار دارند و الکترون هایی که بالای این نوار قرار گرفته اند از خود رفتارهای متفاوتی نشان می دهند. الکترون هایی که زیر نوار ممنوعه قرار دارند، نمی توانند به لایه های بالاتر بروند و بار الکتریکی را منتقل نمایند. اما الکترون هایی که انرژی لازم را دریافت کرده باشند و بتوانند بالاتر از نوار ممنوعه قرار گیرند، به ماده خاصیت رسانایی الکتریکی می بخشند. موادی که دارای نوار ممنوعه می باشند، تحت عنوان نیمه هادی شناخته می گردند. سلیکون (پلیمر مصنوعی که از ترکیب سیلیسیم، کربن، هیدروژن و اکسیژن تولید می شود) یکی از نیمه هادی هایی است که کاربردهای فراوانی دارد.
از آنجا که در مولکول گرافن، نوار ممنوعه ای وجود ندارد، تمام الکترون های آن می توانند آزادانه حرکت کنند و به این ماده خاصیت رسانایی الکتریکی ببخشند. به این ترتیب با استفاده از این ماده می توان به نوآوری های علمی (اختراعات) زیادی دست زد. قبل از روی کار آمدن ترانزیستورهای گرافنی از ترانزیستورهای سیلیکونی استفاده می شد. بین لایه ظرفیت و لایه هدایت سیلیکون، نوار ممنوعه وجود دارد. وجود این نوار ممنوعه باعث می گردد که جریان الکترون ها قطع و وصل شود. از این خاصیت سیلیکون در مدارهای الکترونیکی منطقی استفاده می گردد. اما در گرافن، نوار ممنوعه وجود ندارد بنابراین هنگامی که تجهیزات الکترونی در وضعیت خاموش هستند نیز خاصیت رسانایی خود را حفظ می کنند. این امر باعث می گردد که توان تجهیزات الکترونیکی کاهش یابد. نسل جدید ترانزیستورهای گرافنی به گونه ای طراحی شده اند که چنین معضلی در آنها وجود نداشته باشد. به این ترتیب می توان در مدارهای الکتریکی از آنها بهره جست و از اتلاف توان تجهیزات الکترونیکی جلوگیری نمود.


ادامه دارد ...
منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[P O U R I A]

کاربرد گرافن در قطعات الکترونیکی فوق سریع (قسمت دوم)

کاربرد گرافن در قطعات الکترونیکی فوق سریع (قسمت دوم)

ترانزیستورهای گرافنی به دنیای واقعی راه پیدا کرده اند
نسل جدید ترانزیستورهای گرافنی با تاباندن یون های هلیُم به بخشی از صفحه گرافن تولید شده است. به این ترتیب در صفحه گرافن یک نقص بلوری ایجاد می شود و به تبع آن در مولکول گرافن یک نوار ممنوعه تشکیل می گردد. بخشی که تحت تابش یون های هلیم قرار گرفته نسبت به دیگر بخش صفحه گرافن از چگالی شار الکتریکی بالاتری برخوردار می گردد. بخشی از صفحه گرافن که یون های هلیم به آن تابانده نشده است، عایق الکتریکی می شود. لازم به ذکر است که تعداد خطوط میدان الکتریکی که از یک سطح می گذرد، شار الکتریکی نامیده می شود. به تعداد خطوط میدان الکتریکی که به واحد سطح وارد یا از آن خارج می گردد، چگالی شار الکتریکی اطلاق می گردد. جریان الکتریکی توسط آن بخش از صفحه گرافن که خاصیت عایق دارد و بین الکترودهای ترانزیستور قرار می گیرد، محصور می شود. می توان ترانزیستور گرافنی را به گونه ای طراحی نمود که از طریق یک میدان الکتریکی، امواج الکتریکی به صفحه گرافن دست نخورده (یون های هلیم به آن تابانده نشده است) وارد شود و به طور قردادی آن را در حالت منطقی صفر (برای پردازش اطلاعات) قرار دهد. یک جفت دروازه الکترونیکی دیگر (برای ذخیره نتایج محاسبه) نیز روی مدار الکتریکی ایجاد می گردد. گفتنی است که با استفاده از قطعات الکترونیکی (نظیر دیودها و ترانزیستورها)، قطعات الکترومغناطیسی (نظیر رله ها و قطعات اُپتیکال) و حتی با استفاده از قطعات مکانیکی، دروازه منطقی ساخته می شود. لازم به ذکر است که در گذشته برای اتصال مدارها به یکدیگر از رله استفاده می شد. دروازه منطقی نیز بسته های جدیدی هستند که میتوان ترانزیستورها را در آنها جای داد. به این ترتیب ترانزیستور میتواند عملیات ساده ای نظیر جمع کردن دو عدد (نظیر1 و 1) را انجام دهد. اگر قرار باشد ترانزیستورها عملیات بسیار بزرگی انجام دهند باید آنها را در آرایش خاصی قرار داد. به این ترتیب سرعت خاموش و روشن شدن مدار بسیار بالا می رود (100 میلیون بار در ثانیه) و محاسبات بزرگ انجام می شود. در سطوح منطقی، یک ورودی یا خروجی منطقی فقط یکی از دو حالت منطقی را قبول می کند. این دو حالت منطقی نام خاص خود را دارند که عبارتند از: خاموش/روشن، بالا/پایین، یک/صفر، درست/غلط، مثبت/منفی، مدار بسته/مدار باز (off/on).

انواع دروازه ها در داخل تراشه به هم وصل می شوند تا مدار مورد نظر ایجاد گردد. یک دروازه منطقی روی یک یا دو ورودی منطقی عملیات منطقی انجام می دهد و سرانجام یک خروجی منطقی را تولید می کند. در طول فرآیند تولید گرافن، یک لایه اکسیدی بر روی آن رسوب داده می شود تا یک دروازه ایجاد گردد. معمولاً رسوب مذکور به علت پراکنده کردن الکترون ها در گرافن، باعث کاهش قابلیت حرکت الکترون می شود. پژوهشگران با استفاده از یک لایه نازک پلیمر، گرافن را از لایه اکسیدی مجزا کردند. با این روش فرکانس ترانزیستورهای گرافنی تا چهار برابر افزایش یافت.

در ترانزیستورهای گرافنی کلید روشن و خاموش عملکرد ضعیفی دارد زیرا گرافن نمی تواند رسانایی الکتریکی را متوقف کند تا ترانزیستور خاموش شود. اما در ترانزیستور سیلیکونی کلید روشن و خاموش (رسانایی و عدم رسانایی در جهات مختلف) بسیار دقیق عمل می کند. یعنی در حالت روشن رسانایی آن بالاتر از حالت خاموش است. از آنجا که تا کنون پژوهشگران نتوانسته اند در بالا بردن عملکرد کلید روشن و خاموش اولین ترانزیستورهای گرافنی به موفقیت های بزرگی دست پیدا کنند، نمی توان صد در صد مطمئن بود که برای روشن و خاموش کردن تجهیزات الکترونیکی، این ماده گزینه مناسبی باشد.
محققان مؤسسه فناوری ماساچوست (مهم ترین مرکز علمی- تحقیقاتی جهان واقع در کشور آمریکا) با استفاده از یک روش جدید توانستند این امکان را فراهم کنند که در گرافن الکترون ها با سرعت بیشتری جابجا شوند. در این روش، روی سطح گرافن با گاز کُلُرین پوشانده شده و به این ترتیب طی فرآیند افزایش سرعت جابجایی الکترون ها، به ورق گرافن آسیبی وارد نمی گردید. لازم به ذکر است که کُلُرین، یک گاز سمّی و به رنگ سبز مایل به زرد است که بوی تندی دارد. این گاز یک ماده شیمیایی خطرناک و خورنده است و معمولاً با سایر مواد شیمیایی ترکیب می شود. برای ضد عفونی کردن آب، تصفیه فلزات، سفید کردن مواد اولیه کاغذ و تولید دیگر مواد شیمیایی از گاز کلرین استفاده می گردد. یکی از استادان فیزیک مؤسسه فناوری ماساچوست به اتفاق مشاور علمی شرکت گرافینا با استفاده از پلاسمای گاز کلرین در یک واکنش اِچینگ یون (لایه برداری یونی)، در سطح گرافن تغییراتی ایجاد نمودند. این واکنش در یک محفظه حاوی چند گاز واکنش دهنده انجام شد و عمل لایه برداری تحت شرایط کاملاً کنترل شده انجام پذیرفت. پس از پایان یافتن فرآیند مذکور، ضریب تحرک ترانزیستور گرافنی به 1500 سانتیمتر مربع بر ولت رسید. کمتر اتفاق می افتد که ضریب تحرک گرافنی که خواص آن اصلاح نشده است به این اندازه باشد. لازم به ذکر است که واکنش اِچینگ یون یکی از روش های لایه برداری خشک است که به طور گسترده ای در فناوری ساخت قطعات نیمه هادی و ابر رساناها به کار می رود. این روش، ترکیبی از اِچ فیزیکی و اِچ شیمیایی می باشد. در این روش یک ژنراتور فرکانس بالا از یک گاز فعال، پلاسما تولید می کند. سپس سطحی که قرار است لایه برداری شود، روی کاتد (الکترود منفی) قرار می گیرد. بنابراین ذرات دارای بار مثبت موجود در پلاسما،تحت تأثیر میدان الکتریکی، با سرعت به سطح مذکور برخورد کرده و باعث کنده شدن لایه ای می شوند که روی سطح نشانده شده بود (اِچینگ فیزیکی). از طرف دیگر چون پلاسما از یک گاز فعال تشکیل شده است، با لایه نشانده شده روی سطح واکنش شیمیایی نیز انجام می دهد و به این ترتیب لایه مذکور حذف می گردد (اِچینگ شیمیایی). توضیح دیگر اینکه پلاسما مجموعه ای از ذرات باردار مثبت و منفی در یک گاز خنثی است. پلاسما در فیزیک یک محیط رسانای الکتریکی است که تعداد ذرات باردار مثبت و منفی آن تقریباً با هم برابر هستند. هنگامیکه اتم ها در یک محیط گازی یونیزه شوند، پلاسما تشکیل می گردد.
در روش مؤسسه فناوری ماساچوست، 45% سطح ورق گرافن به صورت یکدست با پلاسمای گاز کلرین روکش شد. براساس فرضیات روش مذکور باید سبب گردد که در مولکول گرافن نوار ممنوعه تشکیل شود. در صورتیکه بتوان 5% دیگر از سطح ورق گرافن را با پلاسمای گاز کلرین روکش نمود، آنگاه با فرآیند لایه برداری پلاسمایی مؤسسه فناوری ماساچوست میتوان ترانزیستور گرافنی تولید کرد که رسانایی آن به اندازه ترانزیستور سیلیکونی باشد. به علاوه چنین ترانزیستوری فوق العاده باریک خواهد بود و نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی از شفافیت و انعطاف پذیری بیشتری بهره مند خواهد شد. ضمناً ترانزیستور گرافنی مذکور قابلیت چاپ (به کمک چسب و فشار) بر روی تخته مدار را خواهد داشت.

ادامه دارد ...

منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[P O U R I A]

کاربرد گرافن در قطعات الکترونیکی فوق سریع (قسمت آخر)

کاربرد گرافن در قطعات الکترونیکی فوق سریع (قسمت آخر)

یک منطق گرافنی جدید
محققان دانشگاه کالیفرنیا ریوِرساید تقریباً همزمان با محققان مؤسسه فناوری ماساچوست به روش جدیدی برای تولید ترانزیستورهای گرافنی دست پیدا کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که به جای ایجاد تغییر در ساختار گرافن، منطق گرافنی را اصلاح نمایند. در این روش جدید، محققان مذکور از گرافن معمولی فاقد نوار ممنوعه استفاده کرده اند و از خواص منحصر به فرد گرافن نظیر مقاومت دیفرانسیل منفی (قطع و وصل کردن جریان الکتریکی) بهره برده اند. منظور از مقاومت دیفرانسیل منفی آن است که با افزایش ولتاژ، جریان عبوری از مقاومت کاهش یابد. این پدیده به طراحی کلیدهای الکترونیکی منجر شده است که از سرعت زیاد و از قابلیت بالای قطع و وصل کردن جریان برخوردار می باشند. تحت شرایط خاص با بهره گیری از خاصیت مقاومت دیفرانسیل منفی، با اعمال ولتاژ پایین می توان جریان الکتریکی را افزایش داد. در نسل جدید ترانزیستورهای گرافنی می توان بخش هایی از ورق گرافن را سوگرایی (بایاس) غیر مستقیم نمود و بخش های دیگر را بایاس مستقیم (به صورت عادی) کرد. در الکترونیک، بایاس کردن به معنی اعمال ولتاژ به نقاط مختلف مدار یا قطعه می باشد که به این ترتیب عملکرد قطعه افزایش می یابد و مدار الکتریکی روشن می شود. اگر قطب منفی منبع تغذیه به قطب منفی مصرف کننده و قطب مثبت منبع تغذیه به قطب مثبت مصرف کننده متصل گردد، در مدار جریان الکتریکی برقرار می شود و به آن بایاس مستقیم می گویند. اگر قطب مثبت منبع تغذیه به قطب منفی مصرف کننده و قطب منفی منبع تغذیه به قطب مثبت مصرف کننده وصل شود، در مدار جریان برقرار نمی گردد و به آن بایاس غیر مستقیم گفته می شود. در این پروژه، محققان دانشگاه کالیفرنیا ریوِرساید با استفاده از گرافن یک دروازه منطقی تولید کردند. به این ترتیب سرعت یک ترانزیستور گرافنی به 400 گیگاهرتز خواهد رسید و قدرت سیستم های پردازش اطلاعات افزایش خواهد یافت.


نتیجه گیری
ممکن است در مورد خواص گرافن اغراق شده باشد اما نمی توان انکار کرد که این ماده یکی از مواد شگفت انگیز قرن حاضر به شمار می رود. تحقیقات بسیاری در حال انجام است تا بتوان برای گرافن کاربردهای بیشتری ایجاد نمود. اما هنوز باید مطالعات بیشتری صورت بگیرد تا بتوان به انتظاراتی که از این ماده وجود دارد، جامه عمل پوشاند. محققان و بخش های مختلف صنعت قصد دارند به یک هدف مشترک برسند و آن هم این است که فناوری های جدیدی ابداع کنند که بتوان در آنها از گرافن بیشتر بهره¬برد.


منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[P O U R I A]

گرافن میتواند خواص مکانیکی کامپوزیتها را ارتقاء بخشد (قسمت اول)

گرافن میتواند خواص مکانیکی کامپوزیتها را ارتقاء بخشد (قسمت اول)

طی چند دهه گذشته مواد جدید فراوانی تولید شدند که با استفاده از آنها، هم کالاهای متنوع تری به بازار آمد و هم کیفیت محصولات قبلی افزایش یافت. البته با بهره گیری از فناوری های جدید این روند همچنان ادامه دارد. به عنوان مثال کامپوزیت ها که جزء مواد نوین محسوب می گردند، از ترکیب دو یا چند ماده ساخته می شوند و از خواص مطلوبی برخوردار می باشند. گرافن که در تولید کامپوزیت ها مورد استفاده قرار می گیرد، ماده ای است که ضخامت ساختار شبکه ای آن به اندازه یک اتم می باشد.
شبکه مذکور از مولکول های کربن تشکیل شده و نازک ترین ماده ای می باشد که تا کنون تولید شده است. گرافن در سال 2004 میلادی کشف شد و به همین مناسبت در سال 2010 میلادی به پروفسور آندره گِیم و پروفسور کُنستانتین نُوُسِلوف که با استفاده از گرافن در صنعت الکترونیک نوآوری هایی پدید آورده بودند، جایزه نوبل فیزیک اعطا شد. امروزه تحقیقات بر روی گرافن به صورت تصاعدی افزایش یافته است و در سایه این تحقیقات استفاده از گرافن برای تولید کامپوزیت ها نیز مورد توجه قرار گرفته است. بخش زیست فناوری و شیمی فناوری دانشگاه آلتو (واقع در کشور فنلاند) نیز در مورد کامپوزیت های گرافن تحقیقاتی انجام داده است.


تحقیقات با ارزش در مورد کامپوزیتهای گرافن در دوره پَسا دکترا (فوق دکترا)
آقای گویِن لیونگ دوره پَسا دکترای خود را در دانشگاه آلتو شروع کرده است. وی در مورد روشهای تولید و خواص کامپوزیت پُلی ایمید/گرافن تحقیق میکند. لازم به ذکر است که پلی ایمید یک پلیمر است که به صورت گرمانرم و گرماسخت تولید میگردد. اولین یافته های این محقق در مجله بین المللی پلیمر به چاپ رسیده است. این مقاله به محض انتشار بسیار مورد توجه قرار گرفت به طوریکه در نسخه الکترونیکی مجله مذکور، این مقاله در ردیف پنجمین مقاله پرخواننده قرار گرفته است.
پروفسور سِپالا، رئیس بخش زیست فناوری و شیمی فناوری دانشگاه آلتو اظهار داشت: "بودجه تحقیقاتی که دانشگاه آلتو در اختیار این بخش قرار داده است، برای جذب محققان جدید دوره پَسا دکترا به مصرف می-رسد. محققان جدید با خود مهارت های تازه ای به همراه می آورند و این امر به تحقیقات ما کمک می کند ضمن اینکه آنها می توانند دانش خود را به دیگر محققان ما نیز منتقل نمایند." نتایج ارزنده ای که طی مدت کوتاهی توسط دکتر لیونگ به دست آمد، از نظر رئیس بخش زیست فناوری و شیمی فناوری دانشگاه آلتو دور نمانده است و در نتیجه این محقق واجد شرایط دریافت کمک هزینه تحقیقاتی می باشد.


ادامه دارد ...
منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[P O U R I A]

گرافن میتواند خواص مکانیکی کامپوزیتها را ارتقاء بخشد (قسمت دوم-آخر)

گرافن میتواند خواص مکانیکی کامپوزیتها را ارتقاء بخشد (قسمت دوم-آخر)

تولید کامپوزیت گرافن
در صنعت الکترونیک جهان از پُلی ایمید به عنوان عایق نیمه هادی¬ها و تراشه ها استفاده می گردد. این پلیمر یک عایق الکتریکی می باشد که پایداری حرارتی و خواص مکانیکی بالا از مهم ترین ویژگی های آن می باشد. اما در صنعت الکترونیک خواص عایق الکتریکی پُلی ایمید یک نقطه ضعف محسوب می گردد زیرا بارهای الکتریکی بر روی عایق تجمع می یابند (الکتریسیته ساکن) و در نتیجه به قطعه الکترونیکی آسیب وارد میگردد. بنابراین به شرط آنکه دیگر خواص پُلی ایمید دچار افت نگردد، باید کاری انجام می شد تا این ماده کمی خاصیت رسانایی داشته باشد. دکتر لیونگ تحقیقات خود را از همینجا شروع کرد. او سعی داشت ماده اولیه گرافیت یا همان ورق های گرافن را در حلال های آلی و غیر آلی حل کند. او ابتدا گرافیت را به اکسید گرافیت تبدیل کرد زیرا اکسید گرافیت بهتر در واکنش های شیمیایی شرکت می کند. در فاز دوم این تحقیقات، اکسید گرافیت توسط اِتیل ایزوسیانات اصلاح شد. به عبارت دیگر اکسید گرافیت در ایزوسیانات حل گشت و لایه های گرافن از هم جدا شدند. سپس پلی ایمید در محلول مذکور حل گشت و این محلول روی نواحی انتخابی یک زیر لایه رشد داده شد و خشک گردید. به این ترتیب فیلمی به ضخامت تقریبی 30 میکرون (یک میکرون یک هزارم میلیمتر است) تولید شد. فیلم مذکور حاوی یک لایه کامپوزیت اکسید گرافن بود که توسط چند لایه اکسید گرافیت اصلاح شده با ایزوسیانات، تولید شده بود.


خواص ارتقاء یافته
توسط چند محلول شاهد با غلظت های مختلف، خواص کامپوزیت پُلی ایمید/گرافن مذکور اندازه گیری شد. حتی در رقیق ترین محلول (75%-38% درصد وزنی) خواص کامپوزیت مذکور به طور قابل توجهی افزایش یافته بود. مهم تر از همه اینکه رسانایی الکتریکی این کامپوزیت به اندازه ای افزایش یافته بود که مشکل تجمع بارهای الکتریکی در قطعات الکترونیک برطرف می شد. مقدار گرافنی که برای تهیه این کامپوزیت لازم است، به قدری کم می باشد که فیلم ساخته شده از آن تقریباً شفاف است و به همین علت در کاربرد های مختلف می توان از آن استفاده نمود. به علاوه در مقایسه با پُلی ایمید خالص، برخی خواص مکانیکی کامپوزیت مذکور (نظیر استحکام کششی) افزایش یافته بود. دکتر لیونگ ارتقاء خواص کامپوزیت مذکور را اینگونه توضیح می دهد که: "در این کامپوزیت، ذرات گرافن به صورت یکنواخت در محلول پراکنده شده اند و جهت گیری آنها تصادفی می باشد." به علاوه آزمایش ها نشان دادند که بین گرافن و پلیمر پلی ایمید یک پیوند شیمیایی محکم از نوع پیوند کووالانسی تشکیل گشته است. پی بردن به تشکیل چنین پیوندی یکی از یافته های جدید در حوزه تحقیقات بر روی گرافن می باشد. بخش زیست فناوری و شیمی فناوری دانشگاه آلتو قصد دارد در آینده روی موضوع تأثیر زمان بر خواص الکتریکی کامپوزیت گرافن، تحقیق کند.


پتانسیل های کامپوزیت های گرافن
به گفته پروفسور سِپالا، بخش زیست فناوری و شیمی فناوری دانشگاه آلتو قصد دارد در مورد کامپوزیت های گرافن تحقیقات جامعی انجام دهد و در این زمینه به کشفیات جدیدتری نائل گردد. یکی از زمینه های فعالیت محققان این بخش آن است که برای کامپوزیت های گرافن کاربرد های جدیدی بیابند. به همین دلیل آنها به دنبال محققان جدیدی هستند تا تحقیقات دانشگاه آلتو را ادامه داده و نتایج کار آنها را توسعه دهند.
کامپوزیت پلی ایمید/گرافن توجه صنایع برق و الکترونیک را به خود جلب نموده است. به علاوه تحقیقات بخش زیست فناوری و شیمی فناوری دانشگاه آلتو مورد توجه صنعت کاغذ سازی نیز قرار گرفته است. به عنوان مثال صنعت چوب و فرآورده های جنگلی کشور فنلاند به میکروفیبریل های سلولزی (مجموعه ای از رشته های سلولز) نیاز دارد که با استفاده از خمیر چوب و در ابعاد نانو تولید می شوند. بخش زیست فناوری و شیمی فناوری دانشگاه آلتو اولین تولید کننده کامپوزیت های نانوسلولز/گرافن می باشد. با استفاده از کامپوزیت مذکور که از خاصیت رسانایی حرارتی بالایی برخوردار می باشد، می توان کاغذ های معمولی با استحکام بالا تولید نمود. صنایع چوب و فرآورده های جنگلی کشور فنلاند به چنین نوآوری هایی نیاز دارد تا با استفاده از آنها بتواند کاغذهایی با کیفیت بالا تولید نماید.

منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت