گرافین


گرافین

نوشتهاز سوی amirreza69 در سه شنبه 16 مهر 1398 - 23:46

اصطلاح گرافین برای اولین بار در سال 1986 معرفی شد که از ترکیب کلمه ی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای اشاره دارد ایجاد شد. این نام برای توصیف یک تک لایه از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت مورد استفاده قرار گرفت
هر چند که این مفهوم به طور تئوری نخستین بار در سال 1947 توسط فیلیپ والاس به عنوان یک نقطه شروع برای درک خواص الکترونیکی گرافیت سه بعدی مطرح شد. پس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفت اما قضیه‌ای به نام قضیه ی مرمین- واگنر در مکانیک آماری و نظریه ی میدان‌های کوانتومی (بر اساس علم فیزیک) وجود داشت که ساخت یک ماده ی دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار و صرفا یک ماده نظری می‌دانست.
همین مسئله باعث شد با وجود اینکه این ماده توسط افرادی ساخته شده بود در طی سال ها همچنان ناشناخته باقی بماند و تا سال 2004 هیچگونه توجهی به بررسی خصوصیات گرافین نشود.
[/color]در طی سال ها تک لایه هایی از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت با میکروسکوپ الکترونی عبوری دیده شدند. ساختارهایی که در واقع اکسید گرافین (ورقه ی از گرافین که با گروه های هیدروکسیل و اپوکسید پوشیده شده است) یا اکسید گرافین کاهش یافته بودند که با میکروسکوپ الکترونی عبوری (اکسید گرافین توسط روئس و ووگت، 1948 و اکسید گرافین کاهش یافته توسط بوئم و هوفمن، 1962) دیده شدند. ساخت گرافین اکسید به سال 1859 برمی گردد. با قرار دادن گرافیت در اسیدهای قوی، ماده ای بدست آمد که در آن زمان کربونیک اسید نام گرفت. برودی تصور می کرد که فرم جدیدی از کربن با وزن مولکولی 33 به نام گرافون کشف کرده است. ولی در واقع بعدها مشخص شد که او یک سوسپانسیون از بلورهای کوچک گرافین اکسید ساخته است . در سال 1948، روئس و ووگت میکروسکوپ الکترونی عبوری را به کار بردند و بعد از خشک کردن یک قطره از سوسپانسیون گرافین اکسید بر روی گریدTEM، تکه هایی با ضخامت کمتر از چند نانومتر مشاهده کردند. در سال 1962 بوئم و هوفمن جستجوی زیادی برای پیدا کردن نازکترین قطعه از گرافین اکسید کاهش یافته انجام دادند و تعدادی تک لایه پیدا کردند .ولی این مشاهدات تا سال های 2009 الی 2010 توجه زیادی به خود معطوف نکرد. در واقع بوئم و هوفمن در تشخیص سال 1962 به کانتراست نسبی TEM استناد کرده بودند که روشی است که پایه ی تحقیقات دقیق امروز نمی باشد (زیرا کانتراست به شدت به شرایط Focusing وابسته می باشد). با این وجود، امروزه کار بوئم و هوفمن (1962) به عنوان اولین مشاهده ی ورقه های گرافین با میکروسکوپ الکترونی عبوری در نظرگرفته می شود.
با شروع دهه ی 1970، گرافین تک لایه برای اولین بار بر روی سطح مواد دیگر با استفاده از روش رشد همبافته تولید شد. این گرافین ایجاد شده شامل یک شبکه شش ضلعی از اتم های کربن پیوند شده با هیبرید SP2 با ضخامت یک اتم بود. فیلم رشد یافته معمولا با استفاده از روش های علمی سطح، تجزیه و تحلیل می شد که در واقع در ناحیه ی بزرگی متوسط گیری می شد و هیچگونه بحثی در مورد کیفیت و پیوستگی این لایه ها نمی شد. با این حال، در بعضی موارد انتقال بار قابل توجه از بستر به گرافن رشد یافته و در برخی موارد، هیبریداسیون بین اوربیتال d از اتم بستر و اوربیتال π از گرافین اتفاق می افتاد. این به طور قابل توجهی منجر به تغییر ساختار الکترونیکی گرافین رشد یافته می شد.
همچنین با شروع سال 1990 تلاش های بسیاری برای ایجاد فیلم های بسیار نازک از گرافیت با خراش دادن و یا مالش گرافیت در برابر یک سطح دیگر (ورقه شدن میکرومکانیکی) انجام شد. اما در طول این سال ها (تا سال 2004) هیچ ماده ی کربنی نازک تر از 50 تا 100 لایه تولید نشد. در سال 2000، کیم و همکارانش روش ورقه شدن میکرومکانیکی را تا حدی اصلاح کردند و یک مداد با تکنولوژی بالا ایجاد کردند. آنها یک میکروکریستال از گرافیت را به بازوی تیرک یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) متصل کردند و نوک این میکروکریستال را در طول یک ویفر سیلیکون (شبیه به نوشتن با یک مداد) خراش دادند. با این روش ماده ای به ضخامت چند ده لایه ی اتمی بدست آمد و مواد بدست آمده در واقع گرافیت نازک بود، نه گرافین .به این ترتیب کسی واقعا انتظار نداشت که چنین ماده ای (گرافین) در طبیعت وجود داشته باشد.
این فرض بدبینانه تا سال 2004 باقی ماند. در سال 2004، یک گروه از فیزیکدانان از دانشگاه منچستر بریتانیا به رهبری آندره گایم و کنستانتین نووسلف تغییری در مورد فرضیه ی بی ثباتی گرافین ایجاد کردند و نشان دادند که قضیه ی مرمین- واگنر نمی‌تواند کاملاً درست باشد. آنها یک روش متفاوت و در نگاه اول ساده لوحانه برای بدست آوردن گرافین ارائه دادند که منجر به تحولی عظیم در این رشته شدند. آنها با استفاده از
چسب نواری یک تک ورقه ی گرافین (یک مونو لایه از اتمهای کربن) را از گرافیت با روش ورقه ورقه شدن میکرومکانیکی جدا کردند و سپس آن را به یک ویفر سیلیکون که با ورقه ی نازکی از SiO2 پوشیده شده بود منتقل کردند که می تواند به این شکل در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار گیرد .جایزه ی نوبل فیزیک 2010 نیز به خاطر ساخت ماده‌ای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت.
کشف گرافین به سیل عظیمی از تحقیقاتی بین المللی منجر شده است. با این حال، مانند دیگر فرم های دیگر تازه کشف شده از کربن، مانند فولرن ها و نانولوله های کربنی، در دسترس بودن مواد و فرآیندپذیری، عوامل محدود کننده سرعت در مراحل ارزیابی کاربرد گرافین می باشد. برای گرافین، یک چالش مهم، سنتز و تولید گرافین خالص با کیفیت و در مقیاس بالا می باشد. با در نظر گرفتن توجه دانشمندان به گرافین و امید به کاربردهای مختلف آن در آینده ی نزدیک، تلاش های تحقیقاتی زیادی به روش های تولید، درک ساختار و خواص گرافین اختصاص داده شده است.
 
سپـاس : 1

ارسـال : 1


نام: امیررضاعبدالمحمدی
نام نویسی: 98/7/16

ذکر نشده

بازگشت به فیزیک حالت جامد و ماده چگال

چه کسی هم اکنون اینجاست ؟

کاربرانی که در این تالار هستند: بدون کاربران عضو شده و 1 مهمان