سنتز نانو روبانهای گرافنی درون نانو لوله های کربنی (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته : در این روش، نانو روبانهای گرافنی مستقیما درون نانو لوله های کربنی تک جداره ایجاد میگردند.
گرافن ماده ای است که به دلیل خواص غیر معمول خود از کارایی بالایی برخوردار است. این ماده دارای هدایت الکتریکی و گرمایی بسیار بالایی است. با تغییر شکل گرافن به صورت نوارهای باریک موسوم به نانو روبان، این ماده خواص مختلفی پیدا میکند. نانو روبانها پتانسیلهای کاربردی زیادی در صنعت نانو الکترونیک دارند. با این حال تولید این ساختارها کار ساده ای نیست.گرافن فرم دو بعدی از اتمهای کربن با هیبرید sp2 و سه بعدی SP3 است که در یک ساختار شبکه ای شش ضلعی قرار گرفته اند و با ضخامت 95/1 نانو متر نازکترین ماده شناخته شده است صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتمهای کربن تشکیل میشوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 9 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با °421 است. در این حالت اتمهای کربن در وضعیتی قرار میگیرند که شبکه ای از شش ضلعی های منتظم را در حالت ایده آل ایجاد میکنند. طول پیوند کربن-کربن در گرافن در حدود 412/1 نانومتر است. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه های عاملی و همچنین اتمهای هیدروژن است. پیوند بین اتمهای کربن در صفحه کوالانسی بوده و بسیار محکم است.
گرافیت نیز که یک ماده ی کربنی پر مصرف و شناخته شده است که از روی هم قرار گرفتن لایه های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم، تشکیل میشود. یکی دیگر از راه های تولید گرافن این است که اینقدر لایه های گرافیت را از هم دور کنیم تا به گرافن تبدیل شود. آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه میدارد، پیوندهای واندروالس بین آنهاست. این پیوند بسیار ضعیف است. بنابراین لایه های گرافن به راحتی میتوانند روی هم بلغزند. در این روش ابتدا گرافن اکسید ایجاد میگردد و سپس توسط عوامل کاهنده به گرافن تبدیل میگردد. در این روش عمدتا کاهش گرافن اکسید به طور کامل صورت نمیگیرد از این رو به جای گرافن، گرافن اکسید کاهیده شده به دست میآید.
اکسایش لایه های گرافیت به این روش به طور قابل ملاحظه ای برهمکنش بین آنها را کاهش داده و فاصله بین لایه ها را افزایش میدهد. گرافن اکسید و گرافن اکسید کاهیده شده که به این روش به دست میآید دارای نقص های ساختاری و شیمیایی زیادی هستند به همین دلیل این روش یک روش مناسب برای سنتز گرافن اکسید و گرافن اکسید کاهیده شده میباشد.گرافن به دلیل ساختار ویژه دارای خواص منحصر به فردی میباشد. گرافن از نظر استحکام یکی از قویترین مواد شناخته شده میباشد. گرافن 211 برابر محکمتر از فولاد است. برخی از خواص ویژه گرافن که آن را به یک ماده پرطرفدار تبدیل کرده است.
نتیجه گیری :
مولکولهای کروئن میتوانند برای سنتز گرافن استفاده شوند اما نیاز به تراز شدن در یک صفحه دارند تا شرایط واکنش فراهم شود. به نظر میرسد فضای درونی نانو لوله های کربنی برای این کار مناسب باشد. نانو روبانهای فلزی درون نانو لوله های عایق، سیمهای عایق هستند .این سیمها را میتوان به طور مستقیم درون نانو لوله ها قرار داد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)