کشف یک روش جدید برای تولید گرافین

به گزارش مجله خبری نگار،مهندسان روش جدیدی برای تولید «ماده شگفت‌انگیز» گرافین یافته‌اند که شاید سرانجام به آن امکان دهد از بیشتر پتانسیلش استفاده کند.

وقتی این ماده در سال ۲۰۰۴ از طریق ایجاد تک‌لایه‌ای از اتم‌های کربن کشف شد، دانشمندان آن را تحسین کردند و تحولی بالقوه خواندند. این ماده به‌شدت رسانا و بسیار مقاوم است و کارشناسان گفتند که می‌تواند همه چیز را از ذخیره انرژی گرفته تا دستگاه‌های پزشکی و لوازم الکترونیک شخصی، متحول کند.

اما آن پتانسیل هرگز به‌طور کامل محقق نشده است. بخشی از آن به این دلیل است که تولید گرافین پاک و در مقیاس مناسب دشوار است.

یکی از مشکلات این است که تولید گرافین پاک و بدون ناخالصی دشوار است. اما پژوهشگران می‌گویند که فرایند جدید امکان می‌دهد گرافین به شیوه‌ای تقلیل‌پذیر و پاک تولید شود.

آنها چنین کاری را با اتکا بر این یافته انجام دادند که کیفیت گرافین به اکسیژن مرتبط است. اگر حتی مقدار اندکی اکسیژن در فرایند وجود داشته باشد، بر میزان تولید گرافین اثر قابل‌ملاحظه‌ای می‌گذارد و به این معنی است که شاید استفاده از آن را ناممکن کند.

جیمز هون، نویسنده ارشد این پژوهش از دانشگاه کلمبیا، گفت: «ما نشان می‌دهیم که حذف تقریبا تمام اکسیژن موجود از فرایند رشد کلید دستیابی به سنتز قابل بازتولید و با کیفیت بالای گرافین از طریق لایه‌نشانی بخار شیمیایی (CVD) است. این نقطه عطفی در راستای تولید گرافین در مقیاس گسترده است.»

مهندسان به صورت مرسوم گرافین را به دو شیوه تولید کرده‌اند. در شیوه اول با استفاده از نوار چسب لایه‌های قطعه‌ای گرافیت جدا می‌شود تا وقتی آن‌قدر نازک شود که بتوان از آن به‌عنوان گرافین استفاده کرد‌ــ که نمونه‌هایی پاک تولید می‌کند، اما در مقیاس بسیار کوچکی است که استفاده صنعتی از آن را ناممکن می‌کند.

شیوه دیگر تولید بسیار بیشتر را ممکن می‌کند و با عنوان رشد از طریق لایه‌نشانی بخار شیمیایی (CVD) شناخته می‌شود. این روش عبارت است از عبور دادن گازی حاوی کربن مانند متان از روی سطحی مسی در دما‌های به‌شدت بالا، که سبب می‌شود متان تجزیه شود و اتم‌های کربن را وادار می‌کند تا در چینشی مجدد به یک لایه گرافین تبدیل شوند.

این روش تولید گرافین تا ابعاد چند متر را ممکن می‌کند. اما از سویی مسئله این است که گرافین تولیدی مشکلاتی از لحاظ اتکاپذیری کیفیت داشته است. 

پژوهشگران پیش‌تر دریافته بودند که وجود هر میزان اکسیژن سرعت فرایند را کند خواهد کرد یا حتی گرافین را می‌ساید و از بین خواهد برد. از آن زمان، مهندسان در تلاش بوده‌اند تا سیستم‌های جدیدی بسازند که بتواند اکسیژن را کنترل کند و به آن اجازه ندهد فرایند را تضعیف کند.

پژوهشگران اکنون می‌گویند که این فرایند را به میزان قابل ملاحظه‌ای بهبود بخشیده اند، که تولید سریع‌تر و قابل‌اعتماد گرافین را ممکن می‌کند. آنها دریافتند که گرافین تولیدی همچنین تمام رفتار‌های لازم را که می‌تواند امکان استفاده از آن در مقیاس بزرگ را محقق کند، نشان می‌دهد.

گزارش این پژوهش در مقاله جدیدی با عنوان «سنتز قابل بازتولید گرافین از طریق لایه‌نشانی بخار شیمیایی بی‌اکسیژن» در نشریه نیچر منتشر شده است.