کشف نقص‌های ساختاری جدیدی در گرافن

محققان موسسه ملی فناوری و استاندارد (NIST) به‌همراه همتایان خود در جرجیا تک، اعلام کردند که یک نوع نقص ساختاری شبیه گل در گرافن یافته‌اند که در خواص الکتریکی و مکانیکی منحصر به‌فرد این ماده تاثیر بسیار مهمی دارد.

محققان موسسه ملی فناوری و استاندارد (NIST) به‌همراه همتایان خود در جرجیا
تک، اعلام کردند که یک نوع نقص ساختاری شبیه گل در گرافن یافته‌اند که در
خواص الکتریکی و مکانیکی منحصربه‌فرد این ماده تاثیر بسیار مهمی دارد.

در مقاله‌ای که این تیم تحقیقاتی منتشر کرده است برای اولین توضیح داده شده
که یک گروه هفتگانه از نقص‌های ساختاری در گرافن وجود دارد که به‌صورت
طبیعی یا القاء شده در این ماده بوجود می‌آید. تنها یکی از این هفت نقص
تاکنون مشاهده شده است.

گرافن ماده‌ای است که به‌دلیل هدایت الکتریکی و استحکام خود بسیار شناخته
شده است. این خواص نشات گرفته از ساختار آن است.

 
گرافن از اتم‌های کربن به‌صورت یک شبکه
شبیه کندوی عسل تشکیل شده است. بر پایه تحقیقات پژوهشگران NIST، نقص‌ها می‌توانند
بر اثر حرکت اتم‌های کربن در دمای بالا هنگام تولید از کاربید سیلیکون در
خلاء بوجود آیند. راحت‌ترین حالت برای تغییر چیدمان اتم‌های کربن (یعنی
حالتی که کمترین انرژی مورد نیاز است) آن است که اتم‌ها از ساختار شش عضوی
به ساختار پنج عضوی یا هفت عضوی تغییر وضعیت دهند. در چنین وضعیتی اتم‌ها
ناگزیر به داشتن پیوندهای غیردلخواه نخواهند بود. پژوهشگران معتقداند که
کنار هم قرار دادن این حلقه‌های پنج و هفت عضوی در یک حلقه بسته، منجر به
نوع جدیدی از نقص یا حلقه مرز دانه در شبکه کندو عسلی گرافن می‌گردد.

محققان مرکز NIST معتقداند که فرآیند تولید نقش بسیار مهمی در تولید نقص‌ها
دارد. کوکاین از پژوهشگران این پروژه می‌گوید زمانی که گرافن در معرض دمای
بالا قرار می‌گیرد، بخش‌هایی از شبکه ممکن است شل شده یا بچرخد. با خنک شدن
گرافن، این بخش دوباره به گرافن پیوند می‌خورد اما این پیوند به مانند حالت
اولیه آن نخواهد بود. در نظر بگیرید که بخشی از گرافن را با قیچی از آن جدا
کنید سپس بخش مذکور را در جهت عقربه‌های ساعت بچرخانید و دوباره آن را به
گرافن پیوند بزنید. این بخش منطبق با جای خالی نخواهد بود. این دقیقا
اتفاقی است که در گرافن می‌افتد و ساختار گل مانند ایجاد می‌شود..

هرچند که گرافن از فولاد مستحکم‌تر است اما در بخش‌هایی که این نقص وجود
دارند، ساختار گرافن منعطف بوده و مستعد پاره‌شدگی و شکستگی است. یکی از
نتایج این پژوهش آن است که می‌توان ساختار نقص را با شرایط تولید گرافن
ارتباط داد و در ادامه شرایطی ایجاد کرد که نقص بوجود نیاید یا نقص در
نواحی دلخواه تشکیل شود.