محققان دانشگاه تبریز با همکاری پژوهشگری از کره‌ی جنوبی، موفق به ارائه‌ی روشی ساده و کم هزینه شده‌اند که می‌تواند برای سنتز گرافن مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از این روش، زمان فرایند سنتز را به میزان چشمگیری کاهش می‌دهد.
تبریز: ارائه‌ی روشی ساده و ارزان برای ساخت گرافن
در سال‌های اخیر، گرافن به علت خواص فوق العاده‌ی الکتریکی، حرارتی و مکانیکی، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. این ماده در صنایع مختلفی نظیر داروسازی، تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی و کامپوزیت‌های زمینه پلیمری مورد استفاده قرار گرفته است.
دکتر حامد اصغرزاده با اشاره به اهمیت تولید گرافن عنوان کرد: «تاکنون روشی ساده و ارزان قیمت که بتواند راه این محصول را به بازار هموار نماید، ارائه نشده است. در این پژوهش، از یک راه حل ساده و خلاقانه برای رفع برخی از مشکلات اصلی سنتز گرافن استفاده شده است. با استفاده از این روش، علاوه بر کاهش زمان و هزینه‌ی تولید، امکان تولید گرافن در مقیاس بالا نیز فراهم می‌شود.»
به گفته‌ی این محقق، روش‌های مبتنی بر تورق اکسیداسیونی گرافیت و احیاء، جزو اصلی‌ترین روش‌های تولید گرافن هستند. مهم‌ترین مانع در روند تولید گرافن به این روش‌ها، سختی فرایند شستشوی اکسید گرافن به دلیل آبدوستی شدید آن است. این امر، لزوم استفاده از تجهیزاتی با هزینه‌ی بالا و ظرفیت محدود، نظیر سانتریفیوژهایی با سرعت دورانی بالا را ایجاب می‌کند. همین مسئله باعث می‌شود تا علاوه بر محدود شدن ظرفیت تولید، هزینه‌ی محصول نهایی به میزان چشمگیری افزایش یابد. افزون بر این، روش‌های مذکور دارای معایبی نظیر بازده تولید پایین، زمان‌بر بودن فرآیند و باقی ماندن بخشی از گرافیت به صورت اکسید نشده نیز هستند.
وی در ادامه فزود: «در این طرح، از یک روش ساده استفاده شده است که طی آن، در خلال فرآیند اکسیداسیون، از امواج فراصوت در بازه‌های زمانی مشخص استفاده می‌شود. بدین ترتیب گرافیت اکسید نشده‌ای باقی نخواهد ماند. همچنین، اکسید گرافن پیش از شستشو و در حضور مواد اکسید کننده احیاء می‌گردد که منجر به از بین رفتن خاصیت آبدوستی و تسهیل فرآیند شستشو می‌شود. لذا با تغییر روند شستشوی اکسید گرافن احیاء شده، زمان تولید به میزان زیادی کاهش می‌یابد و فرآیند، قابلیت تولید انبوه را پیدا می‌کند.»
گرافن سنتز شده از این روش می‌تواند در ساخت باتری‌ها، ابرخازن‌ها، پیل‌های سوختی، کامپوزیت‌های زمینه پلیمری، فلزی و سرامیکی برای کاربردهای سازه‌ای مورد استفاده قرار گیرد. از طرفی فرآیند ارائه شده در این طرح، روشی کلی است که می‌توان از آن در سایر فرآیندهای تولید گرافن که مبتنی بر تورق اکسیداسیونی گرافیت هستند، نیز استفاده کرد. گرافن سنتز شده به این روش دارای خلوص بالا، تعداد لایه‌های کمتر از ۵ و نسبت کربن به اکسیژن برابر با ۸ است.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی SCIENTIFIC REPORTS (جلد ۵، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱-۱۰۱۶۰ تا ۷-۱۰۱۶۰) منتشر شده و حاصل همکاری حامد اصغرزاده، عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز، مهندس سینا عبدالحسین زاده و پروفسور هیانگ ساپ کیم، از دانشگاه علم و تکنولوژی پوهانگ کشور کره‌ی جنوبی، است.
دکتر حامد اصغرزاده با اشاره به اهمیت تولید گرافن عنوان کرد: «تاکنون روشی ساده و ارزان قیمت که بتواند راه این محصول را به بازار هموار نماید، ارائه نشده است. در این پژوهش، از یک راه حل ساده و خلاقانه برای رفع برخی از مشکلات اصلی سنتز گرافن استفاده شده است. با استفاده از این روش، علاوه بر کاهش زمان و هزینه‌ی تولید، امکان تولید گرافن در مقیاس بالا نیز فراهم می‌شود.»
به گفته‌ی این محقق، روش‌های مبتنی بر تورق اکسیداسیونی گرافیت و احیاء، جزو اصلی‌ترین روش‌های تولید گرافن هستند. مهم‌ترین مانع در روند تولید گرافن به این روش‌ها، سختی فرایند شستشوی اکسید گرافن به دلیل آبدوستی شدید آن است. این امر، لزوم استفاده از تجهیزاتی با هزینه‌ی بالا و ظرفیت محدود، نظیر سانتریفیوژهایی با سرعت دورانی بالا را ایجاب می‌کند. همین مسئله باعث می‌شود تا علاوه بر محدود شدن ظرفیت تولید، هزینه‌ی محصول نهایی به میزان چشمگیری افزایش یابد. افزون بر این، روش‌های مذکور دارای معایبی نظیر بازده تولید پایین، زمان‌بر بودن فرآیند و باقی ماندن بخشی از گرافیت به صورت اکسید نشده نیز هستند.
وی در ادامه فزود: «در این طرح، از یک روش ساده استفاده شده است که طی آن، در خلال فرآیند اکسیداسیون، از امواج فراصوت در بازه‌های زمانی مشخص استفاده می‌شود. بدین ترتیب گرافیت اکسید نشده‌ای باقی نخواهد ماند. همچنین، اکسید گرافن پیش از شستشو و در حضور مواد اکسید کننده احیاء می‌گردد که منجر به از بین رفتن خاصیت آبدوستی و تسهیل فرآیند شستشو می‌شود. لذا با تغییر روند شستشوی اکسید گرافن احیاء شده، زمان تولید به میزان زیادی کاهش می‌یابد و فرآیند، قابلیت تولید انبوه را پیدا می‌کند.»
گرافن سنتز شده از این روش می‌تواند در ساخت باتری‌ها، ابرخازن‌ها، پیل‌های سوختی، کامپوزیت‌های زمینه پلیمری، فلزی و سرامیکی برای کاربردهای سازه‌ای مورد استفاده قرار گیرد. از طرفی فرآیند ارائه شده در این طرح، روشی کلی است که می‌توان از آن در سایر فرآیندهای تولید گرافن که مبتنی بر تورق اکسیداسیونی گرافیت هستند، نیز استفاده کرد. گرافن سنتز شده به این روش دارای خلوص بالا، تعداد لایه‌های کمتر از ۵ و نسبت کربن به اکسیژن برابر با ۸ است.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی SCIENTIFIC REPORTS (جلد ۵، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱-۱۰۱۶۰ تا ۷-۱۰۱۶۰) منتشر شده و حاصل همکاری حامد اصغرزاده، عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز، مهندس سینا عبدالحسین زاده و پروفسور هیانگ ساپ کیم، از دانشگاه علم و تکنولوژی پوهانگ کشور کره‌ی جنوبی، است.
