الهام از چوب پنبه برای تولید ساختار سه بعدی از گرافن

گرافن با لایه لایه کردن گرافیت به‌دست می‌آید، این ماده دارای خواص الکترونیکی منحصر به‌فردی است که می‌توان از آن در تولید کامپیوترها، باتری‌ها و مواد کامپوزیتی استفاده کرد. گرافن از نظر ساختاری بسیار مستحکم و از نظر شیمیایی پایدار بوده و رسانای الکتریکی بسیار خوب است. محققان کاربردهای زیادی برای این ماده متصور هستند به‌طوری که از تولید داربست برای رشد بافت‌ها تا تولید باتری‌های قابل‌شارژ می‌توان از این ماده بهره‌مند شود.

لی و همکارانش از دپارتمان مهندسی مواد دانشگاه موناش پیش از این تحقیقاتی زیادی درباره خواص ذاتی گرافن انجام داده بودند اما اخیرا به بررسی امکان تولید ساختارهای سه بعدی از گرافن پرداخته‌اند. لی می‌گوید زمانی که ورق‌های گرافن به یکدیگر متصل می‌شوند تا ساختاری سه بعدی ایجاد شوند، در نهایت محصولی متخلخل به‌دست می‌آید که بسیار شکننده با عملکردی ضعیف است. از نظر بسیار از محققان تولید ساختار گرافنی با قابلیت انعطاف‌پذیری بسیاربعید به‌نظر می‌رسید ساختاری که دراثر کشیده شدن و رهاسازی مجدد بتواند شکل اولیه خود را حفظ کند.
این گروه تحقیقاتی از چوب پنبه که ماده‌ای سبک و مستحکم است برای حل این چالش استفاده کردند. لین کیو، دانشجو دکتری این دانشگاه می‌گوید روش‌های مدرن به دانشمندان اجازه می‌دهد تا ساختار چوب پنبه را آنالیز کرده و بتوانند از آن الگو بگیرند. کیو می‌افزاید الیاف در دیواره سلولی چوب پنبه به‌نحوی به یکدیگر پیوند خورده‌اند که بیشترین پایداری ایجاد شده و ساختارهایی لانه زنبوری ایجاد می‌شود در نهایت سیستمی الاستیک بوجود می‌آید.

در این پروژه محققان از روشی موسوم به ریخته‌گری انجماد استفاده کردند تا لایه‌های گرافن را به‌صورت شیمیایی طوری اصلاح کنند که ساختارهای سه بعدی ایجاد شود، ساختارهایی که کاملا شبیه به ساختار چوب پنبه است. این ساختارهای سه بعدی گرافنی از هوا سبک‌تر بوده و قادرند ۵۰ هزار برابر وزن خود را تحمل کنند. رسانایی الکتریکی آنها بالا بوده و خاصیت الاستیکی جالبی دارند به‌طوری که تا ۸۰ درصد تغییر شکل را تحمل می‌کنند. نتایج این پروژه موجب می‌شود تا کاربردهای گرافن گسترش بیشتری پیدا کند.