به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری ایسکانیوز، گرافن یکی از ساختارهای کربنی است که در قرن اخیر کشف شده است. این ساختار بدلیل ویژگی هایی که دارد، کاربرد زیادی در صنایع مختلف پیدا کرده است.
میتوان گفت؛ گرافن، جوانترین عضو خانواده نانومواد کربنی، در سال ۲۰۰4 توسط آندره گایم و کنستانتین نووسلف در دانشگاه منچستر سنتز و با اعطای جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۰ کــه به افتخار ساخت این ماده ی دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت، به جهان علم و فناوری معرفی شد.
اکتشاف گرافن موج گسترده ای از تحقیقات و فعالیت‌های علمی را به این "ماده شگفت انگیز" در قرن ۲۱ معطوف نمود. گرافن به عنوان یک ساختار دو بعدی از لایه‌های منفرد لانه زنبوری از جنس کربن ساخته شده است. گرافن به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود محبوبیت زیادی میان جامعه عملی پیدا کرده است. ویژگی‌های منحصر به فرد گرافن موجب شده تا طیف وسیعی از تحقیقات به سوی این ماده جادویی قرن بیست و یکم روانه شود. از جمله خواصی که محققان را به ســوی این ماده و استفاده کاربردی آن می کشاند شفافیت، رسانش و الاستیسیته(خاصیت تغییرشکل بازگشت پذیر (ارتجاعی) محیط و مواد) است که این ماده را برای استفاده در ادوات الکترونیکی انعطاف پذیر مناسب سازد.
این ماده به خاطر ویژگی‌های شیمیایی- فیزیکی منحصر به فرد، در صنایع مختلفی نظیر انرژی، الکترونیک، کامپوزیت، پوشش‌ها، زیست پزشکی، حسگرها، اتومبیل، هوا فضا کاربرد دارد.
گرافن همچنین پتانسیل ویژه‌ای برای استفاده در نسل آینده فناوری‌های نوینی چون تراشه‌های کامپیوتــری، تلفن‌های همراه، اینترنت، ابزارالکترونیکی، نمایشگرهای انعطاف‌پذیر، پیل‌های خورشــیدی و کامپوزیت‌های ساختاری را داراست.
جاذبه‌هایی این چنین نه تنها سبب توجه بخش علمی و تحقیقاتی، که بخش‌های صنعتی و سرمایه‌گذاران دولتی و خصوصی به این ماده شده است؛ به نحوی که در بسیاری از کشورها حمایت‌های زیر ساختی برای توسعه این ماده در نظر گرفته شده است.
امریکا، اروپا، کره جنوبی، انگلیس، چین، ژاپن و دیگر کشورهای آسیایی سرمایه گذاری مالی گسترده‌ای دراین حوزه داشته‌اند.
اگر چه کربن می تواند با پیوند برقرار کردن با چهار اتم یک شبکه ی سه بعدی در الماس را ایجاد کند ، اما وقتی کربن با سه اتم کربن پیوند برقرار می‌کند یک ورقه ی دوبعدی ایجاد می شود . این ورقه ها را گرافن مینامند.
گرافیت ماده‌ای است که در نوک مدادها از آن استفاده می شود و این ماده از ورقه های گرافن که بر روی هم انباشته شده اند تشکیل شده اند .بین ورقه های گرافن در گرافیت ، فضای خالی وجود دارد . همانطور که در شکل می بینید ، ورقه ها توسط نیروی واندروالانس به هم پیوند شده اند.
ورقه های گرافن همانطور که در شکل می بینید از اتم های کربن تشکیل شده اند که شکل شش گوش دارد و هر اتم کربن با پیوند کوالانسی به سه اتم دیگر متصل شده است .هر ورق گرافن تنها به اندازه ی یک اتم ضخامت دارد و هر ورق گرافن به عنوان یک مولکول تنها در نظر گرفته می شود. گرافن ساختاری شبیه نانو لوله های کربنی دارد تنها تفاوت گرافن با این نانو لوله ها این است که به صورت مسطح هستند در حالیکه نانو لوله ها همانطور که قبلا نیز گفته شد به حالت استوانه ای است.
کاربردهای گرافن
گرافن به علت انرژی سطحی بسیار بالای آن و آزاد بودن الکترون، خواص و ویژگی‌هایی از خود ارائه می‌دهد که منجر به کاربردهای منحصر به فردی می‌شود.
کاربردهای الکترونیکی گرافن
قابلیت تحرک ذرات باردار بر روی گرافن بسیار زیاد است. این خاصیت را موبیلیتی مینامند که بدلیل موبیلیتر زیاد، گرافن یک ابررسانای بسیار قدرتمند است که می‌تواند برای ساخت ترانزیستورها مورد استفاده قرار بگیرد.
کاربردهای الکترونوری گرافن
یکی از حوزه هایی که گرافن در آن کاربرد زیادی دارد و در آینده گرافن کاربرد صنعتی زیادی در آن خواهد داشت، کاربردهای الکترونوری است. بویژه در صفحات لمسی، نمایشگرهای کریستال مایع(LCD) و دیودهای نوری آلی(OLED). موادی که در الکترونوری مورد استفاده قرار می‌گیرند، باید قابلیت عبور بیش از 90 نور را داشته باشند. همچنین این مواد باید دارای رسانایی الکتریکی خیلی بالایی باشند. گرافن با شفافیت 97 درصد و رسانایی الکتریکی بسیار بالا، برای کاربردهای الکترونوری گزینه خیلی مناسبی است.
ساخت کامپوزیت ها برای استحکام بخشی گرافن
گرافن، سخت، بسیار محکم و سبک است. همین موضوع هم آن‌را به گزینه بسیار مناسبی برای استفاده در صنعت هوافضا تبدیل کرده است. امروزه از فناوری نانو در صنعت هوافضا استفاده می‌شود اما گرافن هم گزینه بسیار مناسبی برای استفاده است. با پوشش دادن گرافن بر سطح فضاپیما یا هواپیما، میتوان از هواپیما در مقابل رعد و برق و یا امواج الکتریکی محافظت کرد. از گرافن و استحکام آن، می‌تواند در بسیاری از کامپوزیت های دیگر نیز برای افزایش استحکام و مقاوت مکانیکی استفاده کرد.
استفاده از گرافن به عنوان حامل دارو
با افزایش انحلال پذیری گرافن یا اکسید گرافن از طریق استفاده از پلیمرهای عامل دار ، از آن برای دارورسانی استفاده می‌شود. به طور کلی نانوداروها بسیار در رهایش دارو مورد استفاده قرار می‌گیرند.
استفاده از گرافن مهندسی پزشکی
گرافن بدلیل سطح زیاد، رسانایی بالا، نازکی و استحکام، به احتمال بسیار زیاد در آینده در حوزه مهندسی پزشکی کاربردهای بسیار خواهد یافت. از گرافن میتوان برای بهبود بخشیدن به حسگرهای زیستی استفاده کرد. تنها مشکلی که همچنان برای استفاده از گرافن در پزشکی وجود دارد، اثبات سالم بودن آن برای بدن است. همچنین از گرافن به عنوان بیوسنسورها نیز استفاده می‌شود.
استفاده از گرافن فیلتراسیون
ساختار گرافن به صورتی است که مولکول‌های آب می‌توانند از آن عبور کنند ولی به سایر مایعات و گازها به سادگی اجازه عبور نمی‌دهد. به همین دلیل هم میتوان از آن برای کابردهای تصفیه استفاده کرد. گرافن می‌تواند در سیستم‌های تصفیه آب و آب شیرین کن مورد استفاده قرار بگیرد.
استفاده از گرافن ذخیره انرژی
یکی از چالش‌های صنعت ، استفاده بهینه از خازن‌ها و باتری‌ها است. مشکلی که وجود دارد، زمان بسیار طولانی مورد نیاز برای شارژ شدن باتری است. امروزه استفاده از گرافن به عنوان آند در باتری‌های لیتیوم یونی جهت افزایش طول عمر باتری‌ها، افزایش ذخیره انرژی و قابلیت سریع شارژ شدن، به شدت مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است.
استفاده از گرافن سایر کاربردها
گرافن کاربردهای بسیار زیاد دیگری نیز دارد. از گرافن میتوان به عنوان روان‌کننده نیز استفاده کرد. دوام گرافن در روان‌کنندگی نسبت به گرافیت‌های قدیمی نیز خیلی بیشتر است.
از پوشش گرتافن میتوان برای ضد آب کردن دستگاه ها یا تجهیزات نیز استفاده نمود. گرافن رسانایی حرارتی بسیار بالایی نیز دارد و به همین دلیل است که میتوان از آنها در خنک کننده استفاده کرد. آنها به سرعت حرارت را انتقال می‌دهند.
نتیجه گیری
گرافن یکی از ساختارهای بسیار معروف در جهان است که از ابتدای کشف آن، تبدیل به یکی از حوزه‌های اصلی پژوهش دانشمندان و فناوران شده است. در حال حاضر گرافن در ابعاد صنعتی و در گرید های مختلف تولید و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما با توجه به پژوهش های زیادی که روی آن انجام می‌شود، این نانوساختار کربنی، در آینده تاثیر بسزایی در پیشرفت فناوری و صنعت خواهد داشت.
انتهای پیام/
