پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره) قزوین با استفاده از پرتودهی لیزر موفق به تولید گرافن در محیط‌های مایع دمای پایین شدند. تک مرحله‌ای و سریع بودن از ویژگی‌های این روش است و به دلیل عدم نیاز به مواد شیمیایی پیچیده، جمع‌آوری محصول نهایی نیز به راحتی قابل انجام است.
ثبت روش جدید تولید گرافن توسط پژوهشگران ایرانی
|
پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره) قزوین با استفاده از پرتودهی لیزر موفق به تولید گرافن در محیط‌های مایع دمای پایین شدند. به دلیل کنترل راحت‌تر شرایط پرتودهی در این روش، نوع و کیفیت محصولات تولید شده به سهولت قابل کنترل است. تک مرحله‌ای و سریع بودن از دیگر ویژگی‌های این روش است و به دلیل عدم نیاز به مواد شیمیایی پیچیده، جمع‌آوری محصول نهایی نیز به راحتی قابل انجام است.
گرافن ماده‌ای منحصر به فرد با پایه‌ی کربنی و دانسیته‌ی اتمی بالاست. ترکیب غیرعادی خواص آن نظیر سختی و استحکام مکانیکی بسیار بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و قابل تنظیم، سبب شده که این ماده دارای کاربردهای فراوانی در نانوالکترونیک، پیل‌های خورشیدی و ابزارهای ذخیره انرژی مثل باطری‌ها و ابرخازن‌ها باشد. از جمله این کاربردها می‌توان به توانایی جایگزین کردن فیبرهای کربن در کامپوزیت‌ها با گرافن برای سبک کردن هواپیماها و ماهواره‌ها، توانایی جایگزینی با سیلیکون‌های نیمه‌رسانا در ترانزیستورها، امکان بالابردن دوام باتری‌ها با استفاده از غبار گرافنی، ایجاد پلاستیک‌هایی سخت‌تر، مستحکم‌تر، رسانا و سبک‌تر اشاره کرد.
سیده زهرا مرتضوی دانشجوی دکتری دانشگاه صنعتی امیرکبیر در مورد این دستاورد گفت: «در این کار تحقیقاتی، تولید گرافن با استفاده از لیزر نئودیمیم یاگ در محیط نیتروژن مایع صورت گرفت. این روش ساده و بدون نیاز به صرف هزینه جهت سیستم‌های پیچیده خلا و کوره‌های دمای بالا و نیز صرف زمان طولانی قادر به تولید گرافن خالص است که نیاز به مراحل خالص‌سازی ندارد. در این روش تولید گرافن به صورت تک مرحله‌ای، کنترل پذیر، سریع و بدون نیاز به مواد شیمیایی و ادوات پیچیده انجام می‌شود و نرخ تولید آن نسبت به سایر مایع‌های متداول بالاتر است. در مورد اساس کار نیز می‌توان گفت بر پایه برهمکنش لیزر با گرافیت در محیط یک مایع با دمای بسیار پایین استوار است.»
وی در مورد جزئیات این کار تحقیقاتی افزود: «در این تحقیقات، ابتدا نور لیزر با استفاده از سیستم هدایت پرتو بر روی یک هدف گرافیت که درون یک مایع با دمای بسیار پایین مانند نیتروژن مایع غوطه‌ور شده است؛ متمرکز شده و پس از رسیدن به حالت تعادل، نور لیزر با انرژی مناسب و نرخ بهینه بر سطح هدف تابیده شد. بعد از گذشت مدت زمان کوتاه تابش‌دهی، محفظه شامل ساختارهای گرافن غوطه‌ور در محیط نیتروژن مایع در دمای اتاق قرار گرفت و پس از مدت زمانی مایع نیتروژن بخار شده و با افزودن یک مایع دلخواه (مانند آب) به داخل محفظه و استفاده از حمام آلتراسونیک، محصولات تولید شده جمع آوری شدند.»
از ویژگی‌های این روش تولید گرافن می‌توان به تولید آن در محیط یک مایع دمای پایین (نیتروژن، آرگون، هلیوم مایع) با استفاده از لیزر اشاره کرد. در این حالت، شرایط پرتودهی از جمله انرژی لیزر، نرخ تکرار پالس، پهنای پالس، طول موج پرتو لیزر و ادوات تمرکز نور لیزر به راحتی قابل کنترل است. در نتیجه نوع و کیفیت محصولات تولید شده با این روش به سهولت کنترل‌پذیراست.
این تحقیقات با همکاری زهرا مرتضوی تحت راهنمایی دکتر پرویز پروین از دانشگاه امیرکبیر و دکتر علی ریحانی از دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره) صورت گرفته است. این روش تولید گرافن در اختراعات داخلی به شماره ۷۱۷۵۹ ثبت شده است. همچنین این پژوهش به صورت Provisional Application for Patent به شماره ۶۱۶۴۰۰۹۴ در آپریل ۲۰۱۲ به ثبت رسیده است.
به گفته خانم مرتضوی، به منظور بهینه‌سازی شرایط ساخت گرافن توسط لیزر، این تحقیقات در زمینه استفاده از سایر مایع‌های دمای پایین از جمله هلیوم مایع در حال پیگیری است که در ادامه نیز به جای گرافیت سنتز شده معمولی به عنوان هدف، به دنبال استفاده از HOPG است.
نتایج این سری از کار تحقیقاتی در مجله Laser physics letters (جلد ۹، شماره ۷، ۱۱ ژوئن ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن مقاله را در صفحات ۵۴۷ الی ۵۵۲ همین شماره مشاهده نمایند. |
