روشی جدیدی برای زدودن نواقص‌ ساختاری از گرافن

گرافن ماده‌ای است که احتمالاً انقلاب بعدی در مهندسی مواد باشد. این ماده
قابلیت بالایی در جایگزینی سیلیکون در پیل‌‌های خورشیدی و تلفن‌های همراه دارد.
محققان به بررسی چگونگی زدودن ناخالصی‌های ساختاری این ماده پرداختند و در
نهایت به درک بهتری از ساختار آن رسیدند.

به‌رغم توانایی بالای گرافن، هنوز دانش محققان از این ماده بسیار اندک است. هر
قدر درک ما از ویژگی‌های این ماده افزایش یابد، بیشتر می‌توان از آن استفاده
نمود. محققان آمریکایی به یافته‌های جدیدی درباره‌ی این ماده‌ی اسرارآمیز
رسیده‌اند. محققان در مقاله‌ای که اخیراً به چاپ رساندند، به جزئیات پیکربندی
اتم‌های غیر کربنی در گرافن پرداختند. این اتم‌ها در حین تولید گرافن از روش
احیای اکسید گرافن، موجب پدیدار شدن نواقصی در ساختار گرافن می‌شوند.

نتایج این پروژه به دانشمندان کمک می‌کند تا بتوانند به‌روش‌های بهتری برای
تولید گرافن برسند و یا به راه‌های استفاده از هیدروژن به جای گرما برای زدودن
ناخالصی‌ها از گرافن پی ببرند. ورقه‌های گرافنی به دست‌آمده از طریق احیای
اکسید گرافن، دوبعدی و شبیه به لانه‌ی‌ زنبور عسل است. بیشتر اتم‌های این
ساختار، کربنی است؛ اما در این بین، اتم‌های اکسیژن و هیدروژنی نیز در ساختار
گرافن به چشم می‌خورد که یکنواختی اتم‌های کربنی را بر هم می‌زند. با اعمال
گرما به این گرافن‌ها برخی از اتم‌های اکسیژن و هیدروژن به هم متصل شده،
به‌صورت آب از ورقه‌ی گرافن جدا می‌شوند؛ اما تعدادی از اتم‌های اکسیژن کماکان
در ساختار گرافن باقی می‌مانند. این اتم‌های اکسیژن باعث کج شدن ورقه‌ی گرافن
می‌شوند. برای زدودن این اتم‌ها باید هیدروژن را در نقطه‌ای مناسب روی ورقه‌ی
گرافن اعمال کرد.

محققانِ سه دانشگاه براون، روتگیر و تگزاس-دالاس به بررسی پیکربندی شبکه‌ی
گرافن پرداختند و به دنبال دلیل خارج نشدن برخی از اتم‌های اکسیژن از شبکه‌ی
گرافن گشتند. آنها دریافتند که این اتم‌های اکسیژن با اتم‌های کربن گرافن پیوند
دوگانه‌ای برقرار می‌کنند که منجر به ساختاری کاملاً پایدار می‌شود و در کنار
این اتم‌های اکسیژن حفرات نامنظمی نیز پدید می‌آید. اتم‌های اکسیژن دارای پیوند
دوگانه، انرژی بسیار پایینی داشته، واکنش‌ناپذیراند و از این رو به‌سختی
می‌توان آنها را از ساختار گرافن زدود.

برای زدودن آنها باید اتم‌های هیدروژن را به میزان مناسب و در محل خاصی روی
گرافن وارد کرد تا اکسید گرافن احیا گردد. این گروه تحقیقاتی در مقاله‌ی خود به
این موضوع اشاره کرده‌اند که باید هیدروژن را در نقاطی که اکسیژن دارای پیوند
دوگانه است، فرود آورد و با این کار اکسیژن و هیدروژن تشکیل پیوند هیدروکسیل
داده، از ساختار گرافن خارج می‌شود که با این کار حفره‌ی موجود در ورقه‌ی گرافن
نیز ترمیم می‌یابند.

راه دیگر برای زدودن اکسیژن، این است که در نقاطی که گروه کربنیل وجود دارد،
متمرکز شد؛ چرا که حضور هیدروژن در این نواحی موجب زدودن اکسیژن به‌صورت تشکیل
مولکول آب می‌شود.

نتایج کار این پروژه در نشریه‌ی Nature Chemistry به چاپ رسیده‌است.