برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۷ تا ۱۳۹۷/۰۶/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۴,۱۷۵
  • بازدید این ماه ۱۴۰
  • بازدید امروز ۷
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

روش های ساخت گرافن

برای تولید گرافن، روش‌های مختلفی وجود دارد که اصل مشترک تعدادی از آنها، از بین بردن نیروی میان صفحات گرافن در گرافیت و جدا کردن آنها از هم برای رسیدن به تک لایه‌های گرافن و یا گرافن اکسید است (مثل تراشیدن یک قطعه سنگ بزرگ برای رسیدن به یک مجسمه ظریف کوچک) که این دسته از روش‌ها را روش‌های بالا به پایین می‌نامن ؛ تعدادی دیگر از روش‌ها هم مبتنی بر چیدن تک به تک اتم‌های کربن کنار هم (مثل ساختن یک دیوار از کنار هم قرار دادن آجرها) است که این روش‌ها را نیز روش های پایین به بالا می‌خوانند. در زیر به طور مختصر به شرح برخی از این روش‌ها می‌پردازیم:
مقدمه
برای تولید گرافن، روش‌های مختلفی وجود دارد که اصل مشترک تعدادی از آنها، از بین بردن نیروی میان صفحات گرافن در گرافیت و جدا کردن آنها از هم برای رسیدن به تک لایه‌های گرافن و یا گرافن اکسید است (مثل تراشیدن یک قطعه سنگ بزرگ برای رسیدن به یک مجسمه ظریف کوچک) که این دسته از روش‌ها را روش‌های بالا به پایین می‌نامن ؛ تعدادی دیگر از روش‌ها هم مبتنی بر چیدن تک به تک اتم‌های کربن کنار هم (مثل ساختن یک دیوار از کنار هم قرار دادن آجرها) است که این روش‌ها را نیز روش های پایین به بالا می‌خوانند. در زیر به طور مختصر به شرح برخی از این روش‌ها می‌پردازیم:

1- روش رسوب‌دهی شیمیایی فاز بخار(CVD)
در این روش بخار ماده اولیه که یک ماده حاوی کربن است (مثلا مواد آلی) وارد محفظه عملگر (اتاقک رآکتور) که معمولا دمای بالا و فشار پاینی دارد، شده و روی سطح زیرلایه می‌نشیند یا به عبارتی بر سطح زیرلایه رسوب می‌کند و یک لایه همگن از محصول مورد نظر بر اثر فعل و انفعالات شیمیایی بر سطح زیرلایه تشکیل می‌شود. محصولات تولیدی جانبی نیز از طریق یک خروجی از محفظه خارج می‌شوند. در این روش اغلب از تجزیه اتیلن و رسوب نشانی آن بر سطح نیکل جهت تولید گرافن بهره می‌برند.

بیشتر بخوانید:
روش CVD یا رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار یکی از روش‌های تولید مواد و لایه نشانی است که امروز بسیار مورد توجه می‌باشد. شما می‌توانید در بخش روش‌های تولید نانومواد، در مورد ساز و کار این روش و ساختار دستگاه آن اطلاعات جامع‌تری کسب کنید.


2- روش لایه لایه کردن میکرومکانیکی گرافیت
نام دیگر این روش پوست کنی می‌باشد، البته با عنوان روش اسکاتلندی هم شناخته می‌شود. اساس روش آن طور که از اسمش پیداست جدا کردن لایه‌های گرافن از یکدیگر با استفاده از نوار سلفون است که اولین بار توسط دانشمندی اسکاتلندی به کار گرفته شده است.
در سال 1999 گروهی از دانشمندان لایه‌برداری مکانیکی را با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی AFM بر روی یک گرافیت پیرولیتی به منظور تهیه گرافن تک لایه انجام دادند.
در سال 2004 نیز گروهی دیگران از محققان با استفاده از چسب نواری به جدا کردن لایه‌های گرافن از سطح زیرلایه پرداختند؛ این روش قابلیت تولید لایه‌های متنوع گرافن را دارا است. در مجموع اساس این روش جدا کردن لایه‌های گرافنی در ساختار گرافیت است که با برهمکنش نیروهای واندروالس بهم متصلند در واقع با فشردن نوارهای سلفونی بر بستر نهایی، لایه گرافن بر سطح دیگری منتقل می‌شود.

3- روش‌های تولید گرافن از اکسید گرافیت
برای به دست آوردن گرافن از اکسید گرافیت، ابتدا گرافیت را در معرض یک اسید یا اکسید کننده قوی که می‌تواند مخلوطی از KCLO3، H2SO4، HNO3 و یا مخلوطی از H2O2، KMnO4، H2SO4 باشد؛ قرار می‌دهند. طی این فرآیند گروه‌های اکسیژن‌دار زیادی مثل کربوکسیل، اپوکسید و گروه‌های هیدروکسیل به گرافیت چسبیده و تشکیل اکسید گرافیت می‌دهند سپس به یکی از سه روش زیر اکسید گرافیت به گرافن تبدیل می‌شود:

3-1- روش کاهش شیمیایی
اکسید گرافیت وارد آب با خلوص بالا و یا دی متیل فرم آمید می‌شود. به علت وجود گروه‌های عاملی قطبی _که سبب آب دوستی سطح اکسید گرافیت می‌شوند_ لایه‌های سازنده گرافیت بر اثر تورم ناشی از افزایش حجم بخاطر جذب آب توسط سطوح آبدوست آن از یکدیگر جدا شده و نهایتا با کاهش حرارت محیط، گرافن تک لایه بدست می‌آید. روش دیگر آن است که با استفاده از امواج ماورای صوت و هم زدن مخلوط آب و اکسید گرافیت برای مدت طولانی یک محلول کلوئیدی از آب و اکسید گرافن تهیه شود. نهایتا اکسید گرافن توسط NaBH4 احیا شده و تک لایه گرافن به دست آید. این روش را کاهش شیمیایی نامیده‌اند.

کلوئید
کلوئید به معنی چسب‌سان بوده و حالتی میان مخلوط و محلول است که ذرات حل شونده آن بزرگ‌تر از ذرات محلول هستند اما ته نشین نمی‌شوند چرا که همچنان از ذرات مخلوط کوچک‌تر هستند.


3-2- روش کاهش گرمایی
در این روش اکسید گرافیت را تا دمای 1050 درجه سانتیگراد تحت نیتروژن حرارت می‌دهند. این روش را کاهش گرمایی می‌گویند.

3-3- روش احیای الکتریکی
طی این روش اکسید گرافیت در آب خالص یا دی متیل فرم آمید قرار می‌گیرد تا اکسید گرافن تشکیل شود. سپس با اعمال پتانسیل 2/1- ولت نسبت به الکترود شاهد Ag/AgCl به مدت 15 دقیقه، گرافن روی الکترود کربن شیشه‌ای رسوب می‌کند. گرافن تهیه شده به این روش گرافن احیا شده الکتریکی نامیده می‌شود.

4- روش تولید گرافن با استفاده از پرتوهای لیزری
طی این روش پرتوی لیزر به یک صفحه هدف از ماده اولیه کربنی برخورد می‌کند و سبب ایجاد لایه‌های گرافن می‌شود. دمای انجام این روش بایستی بسیار پایین باشد (مثلا در محیط نیتروژن مایع که دمایی حدود 27- درجه سانتیگراد دارد) تا ماده هدف در اثر دمای بالای پرتو لیزر از بین نرود. این روش، سایش لیزری نیز خوانده می‌شود؛ گویی لایه‌های گرافن یکی پس از دیگری از سطح گرافیت ساییده و جدا می‌شوند.

5- روش تولید گرافن با استفاده از لایه برداری شیمیایی
این روش بسیار شبیه به یکی از انواع روش تولید گرافن از اکسید گرافیت است. طی آن گرافیت را درون محلولی ریخته و توسط سانتریفیوژ که با سرعت چند هزار دور در دقیقه می‌چرخد، چرفانده می‌شود؛ طی این چرخش صفحات گرافن از هم جدا شده و رسوب می‌کنند.
از دیگر روش‌های تولید گرافن می‌توان به تشکیل لایه گرافن با استفاده از کربن آمورف، تولید گرافن با سنتز الکتروشیمیایی و همچنین تولید گرافن از سایر مشتقات گرافیت اشاره کرد.

آمورف:
آمورف به معنی بی‌ریخت یا بی‌شکل است. در یک جامد آمورف بر خلاف جامد بلوری شکل، نحوه قرارگیری اتم‌ها و مولکول‌ها از نظم بلند دامنه پیروی نمی‌کند.


6- روش تولید نانوروبان‌های گرافنی درون نانولوله‌های کربنی
نانوروبان‌های گرافن به صورت نوارهای باریکی هستند که خواص منحصربه فردی دارند. دانشمندان جهت تولید این نانوساختار اقدام به استفاده از فضای خالی درونی نانولوله‌های کربنی به عنوان رآکتور (اتاقک عملگر) شیمیایی نموده‌اند. آنها با استفاده از مولکول‌های آلی و طویل کروئن و پریلن موفق به سنتز نانوروبان گرافنی شده‌اند چنانکه با قراردادن آنها درون محفظه نانولوله‌های کربنی فضای مناسبی را برای تراز شدن آنها و امکان واکنش دادنشان با یکدیگر را فراهم کرده‌اند. طی این واکنش‌ها مولکول‌های دیمر، تریمر و یا مولکول‌های بلندتری به شکل پودر ایجاد شده‌اند.
دیمر:
دیمر به معنای دوتای و تریمر به معنای سه تایی است. مولکول‌های دیمر از دو قطعه‌ی همانند هم و مولکول‌های تریمر از سه قطعه مشابه تشکیل می‌شوند. هر واحد سازنده یا به عبارتی هر قطعه خود یک مونومر است. فرآیند اتصال قطعات مشابه و ساخته شدن مولکول بزرگتر را در هر مورد دیمریزاسیون و تریمیزاسیون می‌گویند.


7- روش رشد همبافته
در این روش با تبخیر یک عنصر غیرکربنی از یک ترکیب کربنی اقدام به تولید گرافن می‌کنند. به طور مثال با افزایش دمای بستری از سیلیکون کاربید (SiC) تا 1000 درجه سانتیگراد در محیط خلاء، سیلیکون شروع به واجذب شدن از سطح می‌کند در نتیجه مناطقی از سطح دارای غلظت بیشتری از کربن خواهند بود. حال در مناطقی که غلظت کربن بیشتری دارد جزایر گرافنی شروع به رشد می‌کنند. عواملی از جمله ضخامت لایه‌های گرافن، مقدار لایه‌های گرافن، ابعاد لایه‌های گرافن و کیفیت تولیدی بر روی رشد لایه‌ها موثر هستند.


منابـــع و مراجــــع

• روش های شیمیایی تولید گرافن؛ نویسندگان: سانگجین پارک، رودنی اس روف؛ مترجم: علی عباسی

• Matthew.J.Alen, Vincent.C.Tung, Richard.B.Kaner, A review of graphene

• Youang, Ian.A.Kinloch, Lei.Gong, Kostya.S.Novoselov, The mechanics of graphene Nano composites: A review