ساخت ماده‌ هیبریدی از گرافن و نانولوله کربنی

پژوهشگران دانشگاه رایس موفق به ساخت ماده هیبریدی و سه
بعدی از گرافن و نانولوله‌های کربنی شدند. این ماده دارای مساحت سطحی ببشتر
از ۲۰۰۰ مترمربع در هر گرم است. از این ماده می‌توان در ادوات
نانوالکترونیک و ذخیره کننده انرژی با خواص عالی استفاده کرد.

گرافن و
نانولوله‌های کربنی دارای خواص الکترونیکی و مکانیکی منحصر به فردی هستند
از این ویژگی‌ها می‌توان به هدایت الکتریکی و گرمایی بالا، استحکام کششی
بالا و مساحت سطحی بالا اشاره کرد. با ترکیب نانولوله‌کربنی دو بعدی با
گرافن تک بعدی می‌توان ماده‌ای سه بعدی تولید کرد و از آن در ذخیره سازی
انرژی و فناوری‌های نانوالکترونیک بهره گرفت. با این حال ترکیب کردن
کووالانسی این دو ماده بسیار دشوار است دلیل این امر آن است که آنها روی دو
زیرلایه مختلف رشد می‌کنند. نانولوله‌های کربنی روی آهن و آلومینیوم و
گرافن روی کاتالیست‌های فلزی نظیر مس و نیکل رشد می‌کنند. پیش از این
محققان تلاش‌هایی برای اتصال نانولوله‌های کربنی به گرافن کرده‌ بودند آنها
به جای اتصال کووالانسی کربن sp² به کربنsp²، از جذب فیزیکی این دو ماده
استفاده کردند.

 جیمز تور و همکارانش برای حل این مشکل راه‌حلی ارائه کردند. این گروه
تحقیقاتی از متان به‌عنوان منبع کربنی استفاده کردند تا روی نیکل متخلخل از
طریق رسوب شیمیایی از فاز بخار در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد چند لایه گرافن
ایجاد کنند. در قدم بعد با استفاده از پرتوالکترونی روی این لایه‌های
گرافنی، نانولوله کربنی ساخته می‌شود طول این نانولوله‌ها را می‌توان با
تغییر زمان رشد، تنظیم کرد.

 در این روش کاتالیست آهن نقش کلیدی ایفا
می‌کند آهن موجب خراش‌هایی در سطح گرافن شده و در نهایت رشد نانولوله‌های
کربنی را در سطح آنها با استفاده از این کاتالیست کلید می‌خورد. از این
ساختار فلز-گرافن-نانولوله می‌توان به‌صورت مستقیم در تولید ادوات نشر نور
و خازن‌های دولایه استفاده کرد. تور معتقد است اگر از این ساختار در تولید
ادوات نشری و خازن‌ها استفاده شود، کارایی این ادوات نسبت به محصولات موجود
در بازار بهتر خواهد بود.

تور می‌افزاید ادوات نشر میدانی که در آنها از
این ساختار استفاده شده دارای میدان ۰٫۲۶ V/umدر دانسیته جریان ۰٫۰۱ mA/cm²
است که پایین‌ترین رقم گزارش شده تا کنون است ( هر قدر این رقم پایین‌تر
باشد مطلوب‌تر می‌باشد).

مشاهدات انجام شده در این پژوهش با استفاده از
میکروسکوپ الکترونی عبوری انحراف اصلاح شده انجام شده است. نتایج این پژوهش
در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است.