ساختار و روش رشد همبافته نانو گرافن روی سطح SiC (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)
نویسنده و پژوهشگر: دکتر ( افشین رشید)
نکته : در روش رشد همبافته روی سطح SiC در دمای بالا میتوان به گرافن تک لایه یا چند لایه رسید. این روش نیاز به درجه حرارت بالا بیش از 1100 درجه سانتیگراد دارد. در این دما منبع کربنی تجزیه میگردد.
گرافن فرم دو بعدی از اتمهای کربن با هیبرید sp 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. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار میرود که نانو لوله های کربنی نیز استحکام زیادی داشته باشند. 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 لایه های گرافیت را از هم دور کنیم تا به گرافن تبدیل شود. آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه میدارد، پیوندهای واندرولاس بین آنها ست. این پیوند بسیار ضعیف است. بنابراین لایه های گرافن به راحتی میتوانند روی هم بلغزند. لایه های گرافنی از 9 تا 41 لایه را گرافن کم لایه و بین 41 تا 91 لایه را گرافن چند لایه، 6 گرافن ضخیم و یا نانو بلورهای نازک گرافیتی مینامند.
از آنجایی که سرعت تصعید سیلیکون بالاتر از کربن است ، کربن اضافی روی سطح باقی میماند که پس از انجام نوآرایی نانو لایه های کربنی را ایجاد میکند. به این مواد کک گفته میشود. این مواد یک سم کاتالیزوری محسوب میشوند به همین دلیل سنتز گرافن به این روش برای کاربرد های کاتالیزوری مناسب نیست. ضعف دیگر این روش نقص ساختاری زیاد در لایه ها می باشد. علاوه بر آن انتقال به بستر های دیگر دشوار است. همچنین نیاز به شرایط خلاء بالا داشته و یک روش پر هزینه میباشد.
نتیجه گیری :
اندازه و شکل فیزیکی نانو مواد و چگونگی پیوندهای بین اتمی آنها از پارامترهای مهمی هستند که تاثیر بسیاری بر خواص مواد در ابعاد نانومتر میگذارد. طول، قطر، چینش اتمها در ساختار نانو لوله ها، نقص های ساختاری، تعداد دیواره ها از جمله موارد مهمی هستند که روی خواص نانولوله ها اثر دارند. نانو لوله های کربنی صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه ایتو خالی است و آرایش اتمهای کربن در دیواره این ساختار استوانه ای دقیقا مشابه ساختار کربن در صفحات گرافیت است.در گرافیت شش ضلعی های منتظم کربنی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. اگر یک نانو لوله تک لایه را در راستای طول برش دهیم، یک صفحه از اتم های کربن به نام گرافن به دست میآید. جدیدترین دگر شکل کشف شده کربن گرافن است.
نویسنده و پژوهشگر: دکتر ( افشین رشید)