استحکام بالا در محل نقص‌ها در گرافن‌های به هم دوخته‌شده

یکی از راه‌های ایجاد گرافن در سطح وسیع، دوختن ورقه‌های کوچک به یکدیگر است. پیش از این تصور می‌شد که به‌دلیل نقص ساختاری در محل دوختگی ، ماده دچار ضعف بوده، استحکام لازمه را ندارد. محققان نشان دادند که در برخی شرایط، پیوندهای محل دوختگی، استحکامی نظیر پیوند در گرافن خالص دارد.

یکی از راه‌های ایجاد گرافن در سطح وسیع، دوختن ورقه‌های کوچک به یکدیگر است. پیش
از این تصور می‌شد که به‌دلیل نقص ساختاری در محل دوختگی ، ماده دچار ضعف بوده،
استحکام لازمه را ندارد. محققان نشان دادند که در برخی شرایط، پیوندهای محل دوختگی،
استحکامی نظیر پیوند در گرافن خالص دارد.

وب‌سایت جایزه‌ی نوبل تصویری از گربه‌ای را نشان می‌دهد که درون بانوج آرامیده‌است.
این تصویر تخیلی است؛ اما نشان‌دهنده‌ی اهمیت و توجه به این ماده است. بزرگ‌ترین
مانع برای واقعیت بخشیدن به قابلیت موجود در گرافن، ساخت سطح وسیعی از گرافن است‌،
به شکلی که گربه در تصور ما بتواند درون آن بخوابد. تاکنون محققان برای تولید
گرافنی با سطح وسیع، اقدام به دوختن این ورقه‌ها به یکدیگر کرده‌اند. آنها معتقدند
که این روش مناسب نیست. از نظر آنها مشکل این روش، نقص ساختاری‌ در محل دوختگی است
که پس از دوخته شدن ورقه‌ها به هم ایجاد می‌گردد. این نقص به ضعیف شدن مرزبندی دانه‌ها
می‌انجامد.

اخیراً محققان دانشگاه براون و تگزاس-آوستین، دریافته‌اند که می‌توان دوختن گرافن
را به نحوی انجام داد که مرزبندی دانه‌ها دخالتی در استحکام آن نداشته باشد. این
مرزبندی بسیار قوی شده، به شکلی که ساختار ایجادشده، استحکام یک ورقه‌ی گرافن خالص
را دارا باشد. آنها در مقاله‌ای که اخیراً در نشریه‌ی Science چاپ کردند، توضیح
دادند که راز این استحکام در زاویه‌ای است که ورقه‌ها در آن به هم دوخته می‌شوند.

ویوک شنوی می‌گوید:«با افزایش نقص ساختاری، شما انتظار دارید که استحکام کمتر شود؛
اما در عمل عکس این امر اتفاق می‌افتد. این یافته می‌تواند توسعه‌ی ورقه‌های وسیع
گرافنی را شدت ببخشد تا بتوان از آن در الکترونیک، اپتیک و دیگر صنایع نیز استفاده
کرد.»

گرافن یک صفحه‌ی دوبعدی از اتم‌های کربن است که بدون خطا اتم‌ها به هم متصل هستند.
واحد سازنده‌ی گرافن، الگوی شبکه‌ای از شش اتم کربن است که به‌صورت شیمیایی به هم
متصل شده‌اند. با اتصال دو ورقه‌ی گرافن به هم، برخی از اتم‌ها به جای شش پیوند،
هفت پیوند ایجاد می‌کنند(هپتاگون). به نقاطی که هپتاگون اتفاق می‌افتد نقاط دارای
پیوند بحرانی گفته می‌شود.

پیوندهای بحرانی در مسیر مرز دانه‌ها بوده، موجب می‌شود که ارتباط ضعیفی درون ماده
ایجاد شود؛ اما محققان در حین بررسی این پیوند دریافتند که پیوندها در این محل‌ها
مانند گرافن خالص محکم است. آنها به دنبال دلیل این موضوع گشتند و در نهایت متوجه
شدند زاویه‌ی کج شدن ورقه‌ها، در محل‌هایی که دو ورقه به هم جوش می‌خورند، روی
استحکام ماده تأثیر گذار است. زاویه‌ی بهینه برای بیشترین استحکام ۲۸٫۹ درجه در
ورقه‌های دارای پیکربندی صندلی و ۲۱٫۷ درجه برای ورقه‌های دارای پیکربندی زیگ‌زالی
است. در این زاویه‌ها ماده دارای کمترین فشار است و در نتیجه به‌رغم داشتن نقص
ساختاری، استحکامی شبیه ماده‌ی خالص را دارد.