skip to Main Content

آلودگی به سیلیکون از رسیدن گرافن به پتانسیلش جلوگیری می نماید

تحقیقات جدید نشان می دهد که چرا ابرماده گرافن در حد انتظار در الکترونیک عرضه اندام نکرده است. همچنین نشان می دهد که چگونه عملکرد آن را می توان دو برابر کرد و پتانسیل خارق العاده آن را در کنترل گرفت.

درنا اسرافیل زاده (چپ) و روح الله علی جلیلی (راست) بر روی یک مش گرافنی پرینت سه بعدی شده در آزمایشگاه کار می کنند.

 

گرافن مستحکم ترین ماده ای است که تا کنون تست شده است. این ماده همچمنین انعطاف پذیر، شفاف و هادی حرارت و الکتریسیته (ده برابر بهتر از مس) است. پس از اینکه تحقیقات بر روی گرافن برنده جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۱۰ شد، این ماده به عنوان یک ماده قابل انطباق در الکترونیک انعطاف پذیر، فیلترهای آب، بیوسنسورها، چیپ های کامپیوتری قوی تر و پنل های خورشیدی کارآمدتر اعلام ورود کرد. اما به عملکرد واقعی خود نرسید و ورود آن به صنایع به آرامی اتفاق می افتد.

اکنون یک تحقیق منتشر شده در Nature Communications مشخص کرده که آلودگی سیلیکون یک علت اساسی این نتایج ناامید کننده است و نشان می دهد که چگونه گرافن خالص تر و با عملکرد بالاتر ساخته شود.

تیمی از دانشگاه RMIT استرالیا، که توسط درنا اسرافیل زاده و روح الله علی جلیلی هدایت شده اند، نمونه های گرافنی تجاری موجود را اتم به اتم با هنر میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی (STEM) مورد بررسی قرار دادند. به گفته اسرافیل زاده “ما مقدار زیادی آلودگی به سیلیکون را در گرافن تجاری یافتیم، که اثر زیادی روی کارایی ماده دارد.”

آزمون ها نشان می دهد که سیلیکون در گرافیت طبیعی (ماده ی خامی که در تولید گرافن استفاده می شود.) موجود است و در پروسس به طور کامل از بین نمی رود. “ما بر این باوریم که این آلودگی قلب بسیاری از گزارش های به ظاهر ناسازگار با هم در مورد خواص گرافن و شاید سایر مواد در مقیاس اتمی نازک دو بعدی (۲D) می باشد.”

“اکسید روی به عنوان یک ماده کارا شناخته شده است ولی تاکنون همانند بسیاری دیگر از نانومواد مشابه ۲D اثر تجاری مهمی نداشته است. اکنون ما می دانیم که چرا این ماده طبق انتظار عمل نکرده و چه چیزی برای بهره برداری از پتانسیل کامل آن نیاز است.”

آزمون ها نه تنها این ناخالصی ها را شناسایی کرده اند بلکه اثر اصلی آنها را روی کارایی نشان می دهند، با ناخالصی گرافن، هنگامی که به عنوان الکترود تست شد، کارایی تا ۵۰% کمتر بود.

به گفته اسرافیل زاده “سطح بالای ناسازگاری ممکن است مانع ایجاد کاربرد عمده صنعتی برای سیستم های پایه گرافن شده باشد. اما این موضوع همچنین از ایجاد چهارچوب قانونی جهت به کارگیری این نانومواد لایه ای، که جهت ایجاد ستون فقرات قطعات نسل آینده هدف گذاری شده اند، جلوگیری می کند.”

ویژگی دو بعدی بودن صفحات گرافن، که تنها یک اتم ضخامت دارند، آنها را برای ذخیره الکتریسیته و تکنولوژی سنسورهای جدید، که بر پایه سطح زیاد هستند، مناسب می سازد. این مطالعه مشخص ساخت که چگونه این ویژگی دو بعدی بودن پاشنه آشیل گرافن نیز هست. چرا که آن را به آلودگی سطحی حساس می سازد و وجود گرافیت با خلوص بالا را برای تولید گرافن اساسی می کند.

با استفاده از گرافن خالص، محققین نشان دادند که ماده فوق العاده خوب عمل می کند هنگامی که با آن یک ابرخازن (نوعی باتری) ساخته شد. در تست، قطعه ظرفیت بالایی برای نگهداری بار الکتریکی نشان داد. در واقع بالاترین ظرفیتی که تا کنون ثبت شده است و در حدود ظرفیت تئوری محاسبه شده ی ماده.

در همکاری با مرکز مواد پیشرفته و شیمی صنعتی دانشگاه RMIT، این تیم از گرافن خالص برای ساخت یک سنسور رطوبتی با بالاترین حساسیت و کمترین حد شناسایی که تاکنون گزارش شده بهره برد.

این یافته ها یک نقطه عطف برای فهم کامل مواد دوبعدی نازک در مقیاس اتمی و استفاده موفقیت آمیز آنها در قطعات تجاری با کارایی بالا می باشد. به گفته اسرافیل زاده “ما امیدواریم که این تحقیق به باز شدن قفل پتانسیل جذاب این مواد کمک نماید.”

 

لینک اصلی مقاله:

 

منابع

 

پیام خسروی

دکتری مهندسی مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان

This Post Has One Comment

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

3 × چهار =

Back To Top
×بستن جستجو
جستجو