ورود به حساب ثبت نام جدید فراموشی کلمه عبور
برای ورود به حساب کاربری خود، نام کاربری و کلمه عبورتان را در زیر وارد کرده و روی “ ورود به حساب” کلیک کنید.





اگر فرم ثبت نام برای شما نمایش داده نمیشود، اینجا را کلیک کنید.









اگر فرم بازیابی کلمه عبور برای شما نمایش داده نمیشود، اینجا را کلیک کنید.





نمایش نتایج: از 1 به 8 از 8
  1. #1
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882

    آشنایی با گرافن

    گرافن یکی از مواد کریستالی دو بعدی است که در سال های اخیر شناسایی و تحلیل شده اند. صفحه ای ورقه ای شکل به ضخامت اتم کربن را گرافن تک لایه می نامند. این ماده جدید ویژگی های منحصر به فرد زیادی دارد که این امر باعث می شود آن را برای مطالعات اساسی و کاربردهای آینده به ماده ای جالب مبدل سازد. گرافن به عنوان یکی از آلوتروپ های کربن در یک شبکه شش وجهی (لانه زنبوری) با فاصله پیوند کربن- کربن و ضخامت 0/142 نانو متر صفحات مطرح است. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم ها ی کربن تشکیل می شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با120 درجه می باشد. در این حالت، اتم های کربن در وضعیتی قرار می گیرند که شبکه ای از شش ضلعی ها ی منظم را ایجاد می کنند. البته این ایده آل ترین حالت یک صفحه ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه ای تغییر می کند که در آن پنج ضلعی ها و هفت ضلعی هایی نیز ایجاد می شود. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد. این پیوند مکان مناسبی برای قرار گیری برخی گروه های عاملی و هم چنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن در اینجا کووالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار می رود که نانو لوله های کربنی پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار گرفتن لایه های گرافن و نتشکیل یک ساختار منظم تشکیل می شود. اما همینطور که می دانیم، گرافیت بسیار نرم است. آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آن هاست. این پیوند بسیار ضعیف است. بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل است که گرافیت (نوک مداد سیاه) نرم میباشد.




    تاریخچه:
    اصطلاح گرافن اولین بار در سال 1962 میلادی توسط Hanns-Peter Boehm معرفی شد. وی کسی بود که قصد داشت از این اصطلاح جهت توصیف فویل کربن تک لایه استفاده کند. بسیاری از دانشمندان تصور می نمودند که صفحه کربن در این ضخامت اندک و برابر با قطر یک اتم کربن، نمی تواند پایدار باشد و سال های بسیاری پس از آن تحقیقات متوقف مانده بود تا جایی که در سال 2004 دو دانشمند به نام های کنستانتین نووسلوف و آندره جیم نخستین بار به طرز موفقیت آمیزی صفحات گرافن را با استفاده از نوار چسب جدا کردند. نوار پیوسته مکرراً استفاده شد تا گرافیت را به تکه های نازک تری جدا کند. سپس نوار با تکه های گرافیت مجزا در استون حل شد و بعد از چند فرآیند، تکه های شامل تک لایه روی یک قرص سلیکونی رسوب داده شد. گفتنی است که جهت کنترل مراحل مذکور از یک میکروسکوپ نوری استفاده شده است. این روش به نوار اسکاچ معروف گشته است. روش مذکور برای جامعه فیزیک یک شگفتی بود و به همین علت جیم و نووسلوف و همکارانشان از دانشگاه منچستر جایزه نوبل فیزیک سال 2010 را از آن خود نمودند. اگرجه گرافنی که از این روش تولید می گشت به دلیل مشکلات تولیدی بسیار گران تهیه می گردید، ولی امروزه با گذشت زمان و توسعه روش های نوین، فرایند لایه برداری ورقه های گرافن با روش های خیلی ارزانتر تولید می گردد. گرافن قبلاً در سال 1947 توسط والاس مورد مطالعه قرار گرفت. او برای محاسبات در زمینه فیزیک حالت جامد گرافن را مورد بررسی قرار داد و ساختار الکترونیکی آن را پیش بینی نمود.


    منبع:خبرگزاری پلی نیوز
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  2. 4
  3. #2
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882
    خواص گرافن
    گرافن به دلیل ساختار خود، در زمینه های زیادی ویژگی های بسیار منحصر به فردی را نشان می دهد. ثابت شده است که گرافن قوی ترین ماده ای می باشد که تا کنون اندازه گیری شده است. فرانک و همکاران دانشگاهی وی از دانشکده پومونا و دانشگاه کرنل، ثابت فنر ورقه گرافن معلق را اندازه گرفته اند. ثابت فنر ورقه های گرافنی لایه ای با ضخامت بین 2 و 8 نانومتر در محدوده بین 1 تا 5 نیوتن بر متر قرار دارد که این محدوده بر اساس مقیاس گذاری ابعاد قطعه به دست آمده است و مدول یانگ اندازه گیری شده در حدود 0/5 تراپاسکال گزارش شده است.
    برخی از خصوصیات دیگر گرافن که تاکنون تعیین شده است بدین صورت بیان میگردد:
    چگالی
    سلول واحد شش وجهی گرافن دو اتم کربن دارد و سطح مقطعی برابر 0/052 نانومتر مربع دارد. بر اساس محاسبات چگالی آن 0/77 میلیگرم بر متر مربع است. تختخواب توری شکلی را تصور کنید که مساحت آن یک متر مربع است و 0/77 میلی گرم وزن دارد.
    شفافیت نوری

    گرافن تقریباً شفاف است. فقط 3/2% از شدت نور را مستقل از طول موج در دامنه اپتیکی جذب می کند. این عدد بیانگر آن است که گرافن معلق هیچ رنگی ندارد.
    مقاومت مکانیکی
    مقاومت شکست گرافن 42 نیوتن بر متر مربع است. برای یک فیلم نازک فرضی از فولاد با ضخامت مشابه گرافن، (ضخامت لایه ای 3/35 آنگستروم از گرافیت) مقاومت شکست در حدود 0/42- 0/084 نیوتن بر متر مربع خواهد بود و نشانگر آن است که استحکام گرافن 100 برابر فولاد است.
    رسانایی الکتریکی
    مقاومت ورقه دو بعدی گرافن که مقاومت بر واحد سطح نیز گفته می شود، 31 اهم است. رسانایی الکتریکی گرافن در مقایسه با مس کمتر می باشد و هادی بهتری خواهد بود.
    رسانایی گرمایی
    رسانایی گرمایی گرافن تقریباً 5000 وات بر متر درجه کلوین اندازه گرفته شده است. رسانایی گرمایی مس در دمای اتاق 401 وات بر متر درجه کلوین است. یعنی گرافن 10 برابر بهتر از مس گرما را منتقل می کند.





    منبع:خبرگزاری پلی نیوز
    ویرایش توسط samane.metal : 2014/09/29 در ساعت 22:31
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  4. 4
  5. #3
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882
    گرافن اصطلاحی هست که به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه های گرافیت گفته میشود. ویژگی های الکتریکی گرافنها بسیار شبیه نانوتیوب های کربنی هست (در واقع هر نانولوله ی کربنی یک گرافن رول شده است). گرافن ها از خواص رسانشی فوق العادهای برخوردارن و به همین دلیل نامزد نسل آینده ی ترانزیستورهای سرعت بالا هستند.
    در مقابل سیلیکون - که ماده مصرفی کنونی در مدارهای الکتریکی هستند- گرافن یک ضعف بزرگ دارد. در سیلیکون کلید روشن و خاموش (رسانش و عدم رسانش در جهات مختلف) بسیار دقیق عمل میکند، یعنی مقدار رسانش آن در حالت روشن، نسبت به خاموش آن بالاست. در گرافن ها اما این نسبت پایین است. یعنی در وضعیت خاموش هم ساختار گرافن مقدار قابل توجهی جریان را از خودش عبور میدهد. این نسبت حدود 30 به 1 برای گرافن است. اولین و سادهترین اثری که این پدیده میتواند داشته باشد این است که نسبت پارازیت به سیگنال و اتلاف انرژی در مدارها بالا برود تا حدی که استفاده از گرافن به صرفه نباشد.
    این نسبت در رسانش گرافنها را میتوان با کاهش عرض گرافنها تا ابعاد نانومتری بالا برد. یکی از آخرین تلاش هایی که برای این کار انجام شده بسیار جالب هست که توسط پروفسور دای Dai از دانشگاه استنفورد ارایه شده است. او مولکولهای اسید نیتریک و سولفوریک را به روش شیمیایی در بین ساختار یک ذره (flake) کربنی نشاند. سپس این سیستم را با نرخ حرارتی بالا گرم کرد. طی این گرمایش مولکولهای اسید بخار میشوند و ساختار ذره کربنی نیز از هم متلاشی میشود، درست مثل یک انفجار در ابعاد کوچک. نتایج این روش خیلی جالب توجه است. گرافن ها با طول چند میکرومتر و عرض کمتر از ده نانومتر به دست آمده اند. نسبت رسانش آنها نیز به 100000 رسیده است.





    منبع:[Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    ویرایش توسط samane.metal : 2014/09/29 در ساعت 22:40
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  6. 4
  7. #4
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882
    چند سالی است که گرافن به یکی از جالب توجه ترین سوژه های دنیای فناوری تبدیل شده است؛ ماده ای سختتر از الماس، رساناتر از مس و با شفافیتی بالا که میتواند به بسیاری از عرصههای علم و فناوری نفوذ کند. نمودی از اهمیت گرافن را میتوان در اختصاص جایزه نوبل فیزیک به دو دانشمندی که مطالعات خود را بر آن متمرکز کرده بودند دانست؛ ماده ای که به گفته كنستانتین نووسلوف یکی از دو دانشمند مذکور، به مثابه یک معدن طلا است.حتی قبل از اینکه پیشگامان تحقیق بر روی گرافن، جایزه نوبل فیزیک را به خود اختصاص دهند، از این ماده به عنوان «حادثه بزرگ بعدی» یاد میشد. خیلیها اعتقاد دارند که این ماده پایانی بر سیلیکون خواهد بود.دراین مطلب به معرفی گرافن وصفحه مختصات گرافنی می پردازیم.


    گرافن را «ماده جادویی» قرن 21 مینامند. این ماده که گفته میشود محکمترین مادهای است که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته، جایگزینی برای سیلیکون است و خواص عجیب آن مانند بیشترین میزان رسانایی الکتریکی در بین مواد شناخته شده، دنیای علم و رسانه ها) را تکان داده است.
    گرافن ماده ای منحصربه فرد با پایه ی کربنی و دانسیته ی اتمی بالاست. ترکیب غیر عادی خواص آن نظیر سختی و استحکام مکانیکی بسیار بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و قابل تنظیم، خصوصیات عالی نوری وسطحی است وازطریق عامل دار کردن شیمیایی ،موردتوجه خاص محققان قرارگرفته است و این حقیقت که شیمیدانان به سختی میتوانند جایگزینی برای گرافن پیدا کنند، سبب شده که این ماده دارای کاربردهای فراوانی در نانوالکترونیک، پیلهای خورشیدی و ابزارهای ذخیره انرژی مثل باطری ها و ابرخازن ها باشد.


    معرفی گرافن( Graphene)

    اما گرافن چیست؟
    جدیدترین تعریفی که برای گرافن ارائه شده این است که: گرافن مادهای تخت و تک لایه متشکل از اتمهای کربن است که این اتمها در یک شبکه دوبعدی و کندو مانند به هم متصل شده اند و این ساختاری است که همه مواد گرافنی در ابعاد دیگر نیز از آن تبعیت میکنند
    .

    این ماده دارای ضخامت یک اتم با ویژگیهای منحصربه فرد است ،که به دلیل ضخامت کم این ماده را به عنوان باریک ترین ماده جهان نیز می شناسند. درواقع گرافن اصطلاحی هست که به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه های گرافیت گفته می شود،اگر گرافیت را یک دفترچه از صفحات موازی در نظر بگیریم ،به هر ورق آن گرافن گفته می شود.
    همان طور که می دانیم گرافیت یکی از آلوتروپ های (اشکال)کربن است. یکی از راه های تولید گرافن این است که اینقدر لایه های گرافیت را از هم دور کنیم تا به گرافن تبدیل شود. (ورقه ورقه کردن گرافیت )
    همان طور که گفتیم صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120°است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند. البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ ای تغییر می‏کند که در آن پنج ضلعی‏ ها و هفت ضلعی‏ هایی نیز ایجاد می‏شود.


    ساختار اتمی صفحه گرافن: در این تصویر اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند.

    در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد. این پیوند مکان مناسبی برای قرارگیری برخی گروه ‏های عاملی و هم چنین اتم‏های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏های کربن در اینجا کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد .گفتیم گرافیت نیز که یک ماده ‏ی کربنی پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار لایه‏ های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می‏شود. اما همانطور که می‏دانیم، گرافیت بسیار نرم است.

    به نظر شما دلیل این امر چیست؟

    آنچه لایه‏ های گرافن را روی یکدیگر نگه می‏دارد، پیوندهای واندروالس بین آن‏هاست. این پیوند بسیار ضعیف است‏. بنابراین لایه‏ های گرافن به راحتی می‏توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گرافیت (نوک مداد سیاه) نرم است.

    گرافن سختترین و نازکترین ماده ای است که بشر تاکنون بهآن دست یافته است. این ماده با وجود اینکه ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور می دهد و از شفافیت 97,3 درصد برخوردار است.


    گرافن سختترین و نازکترین ماده ای است که بشر تاکنون به آن دست یافتهاست. این ماده با وجود اینکه ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور می دهد و از شفافیت 97,3 درصد برخوردار است؛ همچنین آسانی تهیه و رسانا بودن این ماده و قابلیت آن در عبور دادن گرما و جریان الکتریسیته آنرا به گزینه ای جدید برای استفاده در پنل های نوری و کامپیوترها تبدیل کردهاست.شاید به همین دلیل است که از این ماده در ساخت نمایشگرهای لمسی بسیار ظریف و مقاوم استفاده خواهد شد.هم اکنون گرافن درحال نفوذ به کاربرد های الکترونیکی می باشد وممکن است بزودی پایه واساس تجهیزات الکترونیکی را عوض کند.با استفاده از گرافن ،ساخت وسایل برقی کوچک،قابل انعطاف وکم هزینه ،ممکن خواهد بود.


    در همین راستا، سامسونگ و آی بی ام از جمله شرکتهایی هستند که قصد دارند این ماده نوظهور را به صورت کاربردی مورد استفاده قرار دهند.
    جیمز هون، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه کلمبیا میگوید: "پژوهشهای ما گرافن را به عنوان مستحکمترین ماده شناخته شده تاکنون ثبت کرده است. گرافن 200 برابر قویتر از فولاد است و برای این که یک مداد بتواند یک ورقه نازک گرافن را سوراخ کند، باید وزن یک فیل را به آن اعمال کرد".
    کاربردهای متعدد گرافن حتی از خواصش نیز شگفت انگیزتر است. گرافن حتی یک ماده هم نیست، بلکه طیف بسیار گستردهای از مواد است. از این حیث میتوان آن را با پلاستیک مقایسه کرد. میتوان آن را در هر جایی به کار برد، از مواد کامپوزیت مثل فیبر کربنی گرفته تا صنایع الکترونیک.
    از آنجاکه خواص گرافن هنوز ناشناخته است، هر روز دانشمندان بیشتری به کار بر روی پروژههای آن علاقمند میشوند. اکنون حدود 200 شرکت به پژوهش بر روی گرافن مشغولند و فقط در سال 2010 تقریبا 3000 مقاله در مورد آن منتشر شده است.

    فواید آن برای شرکتها و مصرفکنندگان هم کاملا روشن است: ابزارهای سریعتر و ارزانتر که باریکتر و انعطاف پذیرترند. به این فکر کنید که گوشی هوشمند خود را لوله کنید و مانند مداد نجاران، پشت گوش بگذارید!
    اگر گرافن را با کاربردهای امروزی پلاستیک مقایسه کنیم، باید به انتظار روزی باشیم که همه چیز، از پاکت میوه گرفته تا لباسها، دیجیتال شوند. کارتهای ارتباطی آینده، توان پردازشی به اندازه موبایلهای هوشمند امروزی خواهند داشت. گرافن میتواند کاربردهای کاملا جدیدی در ابزارهای الکترونیکی شفاف، انعطافپذیر و بسیار سریعتر از امروز پیدا کند. یک مثال از استفاده های دیگر آن میتواند افزودن پودر گرافن به تایرها برای قویتر کردن آنها باشد.

    صفحه‏ ی مختصات گرافنی

    صفحه‏ ی مختصات کارتزین یا دکارتی معروف را می‏شناسید. این صفحه، شبکه‏ای است که از مربع‏ هایی با طول و عرض واحد تشکیل شده ‏است. در این صفحه دو بردار یکه‏ی i و j هریک به طول یک واحد وجود دارد که توسط آن‏ها می‏توان از نقطه‏ی مبدا به هر نقطه‏ ی دیگری مثل (nوm) رفت. این کار با تعریف یک بردار به شکل k=mi+njامکان پذیر می‏گردد.
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    صفحه‏ ی مختصات دکارتی؛ بردارهای یکه‏ ی iو j هم اندازه و بر یکدیگر عمود هستند

    دستگاه مختصات کارتزین، یك دستگاه دو بعدی است كه در آن دو بردار یکه‏ ی یاد شده، هم اندازه بوده و بر یکدیگر عمود هستند. اما باید توجه داشت که تمام دستگاه‏های مختصات به این شکل نیستند. بلکه می‏توان دستگاه هایی را تعریف کرد که در آن اندازه‏ی بردارهای یکه نابرابر و زاویه‏ ی بین آن دو مقدار دیگری باشد مانند صفحه‏ ی مختصات گرافنی. صفحه‏ ی مختصات گرافنی یك صفحه‏ ی دو بعدی متشکل از ششضلعی‏های منتظم می باشد. این صفحه یادآور شکل منظم کندوی زنبورهای عسل است.

    در این صفحه‏ یِ مختصاتِ دو بعدی، دو بردار یکه‏ی هم اندازه‏ی iو j را به طوری که در تصویر نشان داده شده است، تعریف می‏کنیم. زاویه‏ ی بین این دو بردار برابر با 60° است. برای حرکت روی این صفحه می‏توانیم بردار C=mi+nj را تعریف نماییم. این بردار را بردار کایرال می‏نامیم. به عنوان نمونه ما چند بردار دلخواه را با شروع از یک نقطه، به عنوان مبدا، در تصویر 4 رسم کرده ایم.



    بردارهای یکه‏ ی i و j در صفحه‏ ی مختصات گرافنی
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    بردارهای كایرال c=4i+2j و c=i+3j در صفحه‏ ی مختصات گرافنی

    همچنین می‏توانیم زاویه‏ ی بین بردار كایرال و محور متناظر با بردار یكه‏ی i را به عنوان زاویه كایرال كه مشخصه‏ ی راستای بردار كایرال است‏ در نظر بگیریم. این زاویه در تصویر 5 نشان داده شده است. همانطور كه در آینده خواهیم دید، این زاویه یكی از مشخصه‏ های نانولوله ‏های كربنی می‏باشد.

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    زاویه‏ ی كایرال بین بردار c=4i+2j و محور مربوط به بردار یكه‏ ی i‏



    مریم نایب زاده
    بخش دانش وزندگی تبیان

    ویرایش توسط samane.metal : 2014/09/29 در ساعت 23:09
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  8. 4
  9. #5
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882
    به مدت چهل سال، یک قانون کلی به نام قانون مور بر محاسبات حکمفرما بوده است. این قانون پیش بینی می کند که تقریباً هر دو سال، تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده روی تراشه ها دو برابر خواهد شد.با این وجود، سیلیکون که تا به حال پا به پای قانون مور آمده است، در ابعاد زیر ده نانومتر ساختارهای پایداری ندارد. جدیدترین تراشه های امروز تنها چهل و پنج نانومتر ابعاد دارند. بنابراین وجود جایگزینی برای سیلیکون احساس می شود.

    گرافن ها از خواص رسانشی فوق العاده ای برخوردارند و به همین دلیل نامزد نسل آینده ی ترانزیستورهای سرعت بالا هستند.

    شرکتهایی مانند آیبیام و نوکیا هم به آینده گرافن امید بستهاند. آیبیام یک ترانزیستو 150 گیگاهرتزی تولید کرده است؛ در حالی که سریعترین ترانزیستور سیلیکونی قابل قیاس با این ترانزیستور، در فرکانس 40 گیگاهرتز کار میکند.

    به گفته دکتر یو مینگ لین از آیبیام، "در مورد سرعت ترانزیستورها، در حال حاضر هیچ مرزی برای حد نهایی سرعت آنها وجود ندارد. هرچند به مشکلاتی برخوردهایم که باید برطرف شوند، ولی فکر نمیکنم که مشکلی با خواص گرافن داشته باشیم"
    ذخیره بسیار متراکم دادهها

    گروهی از پژوهشگران دانشگاه Rise یک نمونه حافظه شبیه حافظههای فلش کنونی ساختند که مبتنی بر گرافن طراحی شدهبود و علاوه بر اینکه از چگالی و تراکم بیشتری برخوردار بود، اتلاف حافظه کمتری داشت.


    ذخیره انرژی

    کاربرد گرافن در بخش انرژی نیز قابل توجه است. تلاشها برای استفاده از این ماده جهت ساخت خازنهای پرقدرت با قابلیت ذخیره و انتقال جریان الکتریسیته آغاز شدهاست. هماکنون نیز بعضی از شرکتهایی که در ساخت محصولات الکترونیکی ویژه از نانولولههای کربنی استفاده میکنند، در حال روی آوردن به گرافن هستند. نمونهای از این محصولات الکترونیکی ویژه، لباسهایی هستند که میتوان آنها را پوشید و در صورت نیاز تجهیزات الکتریکی را با آنها شارژ کرد. همچنین از ترکیب گرافن و آب برای ذخیره انرژی استفاده می کنند. آب،سبب خیس نگهداشتن گرافن (به شکل ژل) می شود ویک نیروی دافعه میان ورقههای منفرد ایجاد کرده و با جلوگیری از اتصال دوباره این ورقهها به یکدیگر، امکان استفاده از این ماده را در کاربردهای واقعی ایجاد میکند. کارایی ژل گرافنی در ابزارهای ذخیره انرژی هم از نظر میزان بار قابل ذخیرهسازی و هم از نظر زمان رهایش این بار بسیار بهتر از فناوری دیگرِ مبتنی بر کربن بود.

    گرافن جادوی قرن 21

    دکتر دان لی، استاد دانشکده مهندسی مواد دانشگاه موناش به همراه همکارانش روی گرافن کار کردهاند؛ این ماده میتواند مبنایی برای تولید نسل بعدی سامانههای بسیار سریع ذخیره انرژی باشد.وی میگوید: «اگر بتوانیم این ماده را بهدرستی دستکاری کنیم، بهطور مثال آیفون شما میتواند در عرض چند ثانیه و یا حتی کمتر شارژ شود».


    تجهیزات نوری، سلولهای خورشیدی و نمایشگرهای لمسی انعطافپذیر

    گروهی از پژوهشگران دانشگاه کمبریج اظهار داشتند مزیت اصلی گرافن در این است که میتواند نور و الکتریسیته را از خود عبور دهد. این ویژگیها در کنار مزایایی مانند استحکام و انعطافپذیری باعث میشود تا استفاده از آن به افزایش بازده سلولهای خورشیدی و لامپهای LED بیانجامد، مضاف بر اینکه در ساخت تجهیزات نسل جدید از جمله نمایشگرهای لمسی، نوریابها و لیزرهای فوق سریع نیز سودمند خواهد بود.


    سامسونگ با همکاری دانشگاه سانگکیونکوان کره جنوبی، بیشترین سرمایهگذاری را بر روی تحقیقات گرافن انجام داده است. این شرکت توانسته یک نمایشگر لمسی انعطافپذیر 25 اینچی را با استفاده از همین فناوری تولید کند و قصد دارد طی پنج سال آینده دهها محصول تجاری دیگر با استفاده از گرافن تولید کند
    استفاده از گرافن در تولید نازک ترین جامه نامرئی

    جامه نامرئی یکی از فناوریهای است که میتواند در حوزههای مختلف مورد استفاده قرار گیرد. پژوهشگران دریافتهاند که با استفاده از گرافن، میتوان این البسه را تا حد بسیار زیادی نازک کرد. با این کار طیف کاربرد این فناوری افزایش محسوسی مییابد.

    محققان دریافتند که حتی یک لایه اتمی از گرافن میتواند خواص فوق الذکر را داشته باشد. برای این کار از سطوح دارای فرکانس مناسب، یعنی سطوح رسانا با الگوهای مناسب، استفاده شد که با این کار مقاومت موثر سطح بهکار گرفته میشود. یکی دیگر از مزایای جامه گرافنی آن است که میتوان مقاومت سطح موثر آن را در لحظه تنظیم کرد. با این کار میتوان جامع قابل سوئیچ و قابل تنظیم تولید نمود.


    استفاده از گرافن برای کاهش زمان شارژباتری ها

    افزودن مقدار کمی گرافن به مواد موجود در باتری میتواند زمان شارژ باتری را بهشدت کاهش دهد.باتریهای جدیدی که در گروه انرژی در آزمایشگاه ملی Pacific Northwest و شرکت Vorbeck Material تهیه شده، میتواند زمان شارژ خودروها و ادوات الکترونیکی و حتی تلفنهای همراه را از چند ساعت به چند دقیقه کاهش دهد.

    محققان این پروژه ثابت کردند که افزودن مقدار کمی از گرافن میتواند پایداری چرخهای و توان باتریهای یون لیتیم را بهشدت افزایش دهد، این در حالی است که این مسئله تأثیری روی ظرفیت ذخیرهسازی انرژی که در این باتریها بالاست ـ ندارد. نتایج این پروژه منجر به تولید باتریهایی می شود که مقدار زیادی انرژی را در خود ذخیره کرده، خیلی سریع شارژ میشوند.
    هماکنون، باتریهای تلفن همراه بین 2 تا 5 ساعت طول میکشد تا کاملاً شارژ شوند؛ اما باتریهای جدیدیکه حاوی گرافن است، میتواند در کمتر از10 دقیقه شارژ شوند



    فیزیک ذرات پرانرژی

    گرافن مادهای است که پژوهشگران مرکز تحقیقاتیCERN رانیز خشنود خواهد کرد. زیرا استفاده از این ماده، مطالعه ذرات کوانتومی در سرعتهای بالا را سادهتر خواهد کرد. با توجه به اینکه گرافن فقط دو بعد دارد، الکترونها میتوانند تقریباً بدون وجود مقاومت در ساختار مشبک آن حرکت کنند.

    اظهارات متخصصان و پژوهشگران حاکی از آن است که محصولات گرافنی تا صنعتی شدن فاصله زیادی ندارند. به هر حال، همگام با افزایش نیازهای علمی و محاسباتی مواد جدیدی پا به عرصه میگذارند که استفاده از آنها میتواند بین عرضه و تقاضا تعادل ایجاد کند.


    مشکلات گرافن

    گرافن ماده ای است که از ورقه های مسطح کربن ساخته می شود و آرایش آن مثل لانه ی زنبور می باشد. در این ماده الکترونها می توانند به صورت مجازی 100 برابر سریعتر از الکترونهای حاضر در سیلیکون حرکت کنند به همین علت به طور بالقوه گرافن می تواند کاربردهای زیادی در صنایع الکترونیک داشته باشد. این ماده در حال حاضر اصلی ترین رقیب سیلیکون به شمار می رود.

    برخلاف سیلیکون، گرافن فاقد باند گپ الکترونیکی است. باند گپ به محدوده انرژی گفته میشود که توسط الکترونها اشغال نشده و برای کاربردهای الکترونیکی حائز اهمیت است. ایجاد یک باندگپ در محدوده انرژی الکترونی گرافن یک پیش نیاز ضروری برای بهکارگیری گرافن در ترانزیستورها است.


    به رغم موج فعلی پیشرفت، سرمایهگذاری و توجه رسانهای، خیلی از پژوهشگران چنین اطمینانی به گرافن ندارند. برخی از آنها مطمئنند که گرافن همه خواصی را که از آن انتظار میرود، در خود ندارد.این ماده به خودی خود، band gap را که یک ویژگی حیاتی برای کاربردهای الکترونیکی است، ندارد. (به این معنی که گرافن نمیتواند رسانایی الکتریکی را متوقف کند و «خاموش شود») بنابراین چون گرافن فاقد باند گپ است نمیتوان از آن بهعنوان سوئیچ که برای کاربردهای الکترونیکی لازم است، استفاده کرد. درحالی که در سیلیکون کلید روشن و خاموش (رسانش و عدم رسانش در جهات مختلف) بسیار دقیق عمل میکند، یعنی مقدار رسانش آن در حالت روشن، نسبت به خاموش آن بالاست. برای استفاده از گرافن در ترانزیستورها، باید یک شکاف انرژی در طیف انرژی الکترونی آن ایجاد کرد. در اینجا مهندسان وارد عمل میشوند. محققان دریافتهاند که فشارهای محلی در ورقه گرافن میتواند خواص هدایت آن را تغییر دهد. با تغییر فشار محلی، شکاف انتقال میتواند ایجاد شود.


    در فیزیک حالت جامد، تئوری باند (band) راهی برای نشان دادن انرژی الکترونها در یک مادهی داده شده است. در نیمههادیها فضاهای بدون الکترون بین باندها (رسانش و ظرفیت)وجود دارند که به آنها باند گپ (band gap) میگویند. اگر آن گپ خیلی بزرگ یا خیلی کوچک نباشد، برخی از الکترونها میتوانند به داخل گپ بپرند و این موضوع درجهی بالاتری از کنترل الکترون در رابطه با رفتار الکتریکی آن ماده را مهیا خواهد کرد که درنتیجه، خاموش و روشن کردن ترانزیستور آسانتر میشود. روشهایی برای ایجاد باند گپ ارائه شده است اما هر یک مشکلاتی داشتهاند. همان طورکه گفتیم محققان روشی ارائه کردهاند که در عین ساده بودن قادر است شکافهایی قابل تنظیم در ساختار گرافن ایجاد کند.

    این ماده به خودی خود، band gap را که یک ویژگی حیاتی برای کاربردهای الکترونیکی است، ندارد.

    برای این منظور محققان وارد عمل شدند. آنها دریافتند که فشارهای منطقهای در گرافن میتواند خواص هدایت را در این ماده تغییر دهد. با تغییر این فشارها، باند گپ گرافن دستخوش تغییر میگردد. مهندسی فشار، یکی از راهبردهای رایج در صنعت نیمههادیها است. در حال حاضر راههای متعددی برای ایجاد یک فشار قابل کنترل به گرافن شناخته شده است. برخی از این راهها عبارتند از، مورفولوژیهای فشار مانند چروکها در گرافن تمیز معلق در یک محلول، بالونهای گرافنی روی بستر الگودار و سوپر شبکههای فشاری گرافنی روی بستر شبکهای نامنطبق.

    مشکل دیگردانشمندان این است که این خواص «جادویی» تنها در مقیاس خیلی کوچک دیده شدهاند. در نتیجه به رغم اینکه گرافن در مقیاس کوچک خیلی محکمتر از فولاد تقویت شده است، باید در مورد ادعاهایمان محتاط باشیم. باید محدودیتهای گرافن را درک کنیم. و در تلاش باشیم تا کاربردهای خاصی رابیابیم تا بتوانیم از آن خواص استفاده کنیم.



    منبع:مقالات فیزیک - تبیان
    ویرایش و تلخیص:آکاایران
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  10. 5
  11. #6
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882

    Red face

    گرافن پایه ساختارهای مهم کربنی (1)







    گرافن ورقه ای دو بعدی ( 2D) از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی (لانه زنبوری) است. اتم های کربنی در گرافن با هیبرید SP2 به هم متصل شده اند. گرافن جدید ترین عضو خانواده ی مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد. این خانواده شامل فولرن به عنوان نانوماده ی صفر بعدی (0D)، نانولوله های کربنی به عنوان نانوماده ی یک بعدی (1D) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی (3D) می باشد. اصطلاح گرافن 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 (Polycyclic) اشاره دارد ایجاد شد. غیر از گرافن تک لایه و دولایه، لایههای گرافنی از 3 تا 10 لایه را به نام گرافن کم لایه (Few Layer Graphene) و بین 10 تا 30 لایه را به نام گرافن چند لایه، گرافن ضخیم (Thick Graphene) و یا نانو بلور های نازک گرافیتی، مینامند. در این مقاله به طور مختصر به توصیف ساختارهای کربنی و به طور خاص گرافن و تاریخچه کشف گرافن می پردازیم.

    1-مقدمه: ساختارهای کربنی
    همانطور که می‏ دانید، اتم‏های کربن در ساخت ترکیبات مهم شیمیایی بسیاری شرکت دارند. از این رو پایه و اساس فناوری‏ های مختلفی هستند. این اتم‏ها علاوه بر ترکیب شدن با عناصر دیگر، می‏ توانند با اتم‏های کربن نیز پیوند دهند. اتم‏های کربن از نظر ترتیب پر شدن اوربیتال ها، دارای ساختار الکترونی 1s22s22p2 هستند. بنابراین چهار الکترون آزاد دارند که امکان تشکیل چهار پیوند را برای این اتم‏ها مهیا می‏ سازد. پیوندهایی که این اتم‏ ها تشکیل می ‏دهند، در ترکیبات گوناگون به شکل های متفاوتی دیده می‏شود و بنابراین خواص متفاوتی نیز ایجاد می‏ کند. این اتم‏ها در ساختار الماس چهار پیوند یگانه ‏ی کوالانسی (Single Covalent Bond) ایجاد می‏ کنند. یعنی هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند می ‏دهد. بنابراین از تمام 4 ظرفیت خود برای تشکیل پیوند استفاده کرده است. در ساختار گرافیت، نانولوله، فولرن و گرافن نیز پیوندهای یگانه‏ ای بین اتم‏ های کربن وجود دارد. با این تفاوت که هر اتم تنها با 3 اتم دیگر پیوند می‏ دهد و در نتیجه سه پیوند یگانه کوالانسی دارد. در این ساختارها اتم کربن یکی از ظرفیت‏های خود را مصرف نمیکند. این ظرفیت خالی که در واقع یک الکترون اضافی است، می تواند به صورت خارج از صفحه‏ ای با دیگر اتم‏ها تشکیل پیوند دهد. این ظرفیت آزاد یا معلق می‏ تواند در شرایطی با گروه ‏های عاملی یا دیگر اتم‏های رادیکالی موجود در محیط پیوند دهد [1].
    در ابعاد نانومتر، چند پارامتر مهم وجود دارد که تاثیر بسیاری بر خواص مواد میگذارد. اندازه و شکل فیزیکی نانومواد و چگونگی پیوندهای بین اتمی آنها از این قبیل پارامترها هستند. در مورد نانولوله‏ های کربنی، پارامترهایی مانند طول، قطر، نحوه‏ی چینش اتم‏ها در ساختار نانولوله، تعداد دیواره ‏ها، نقص‏ های ساختاری و گروه ‏های عاملی موجود بر روی نانولوله‏ از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که در تعیین خواص‏ نقش دارند. یک نانولوله، همانطور که از نامش برمی‏ آید، یک استوانه‏ ی تو خالی با قطری در حد نانومتر است.‏ طول هر نانولوله می‏تواند از چند نانومتر تا چند میکرومتر باشد. اگر یک نانولوله‏ی تک دیواره را در نظر بگیریم، با برش دادن دیواره‏ی آن در راستای طول نانولوله، یک صفحه از اتم‏های کربن به نام گرافن به دست می‏ آید (شکل 1) [1].



    شکل 1- برش دادن دیواره‏ی نانولوله های کربنی در راستای طول نانولوله [2].

    2 - گرافن
    گرافن ورقه ای دو بعدی (2D) از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی (لانه زنبوری) می باشد که اتم ها با هیبرید SP2 به هم متصل شده اند [6-3]. گرافن جدید ترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد، که شامل فولرن به عنوان نانوماده ی صفر بعدی (0D)، نانولوله های کربنی به عنوان نانوماده ی یک بعدی (1D) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی (3D) می باشد (شکل 1) [7،6].
    صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است (شکل 3). این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با °120 است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏ای از شش ضلعی‏های منتظم را در حالت ایده آل ایجاد می‏کنند (شکل 3). طول پیوند کربن-کربن در گرافن در حدود 0.142 نانومتر است [9،8].



    شکل 2- فرمهای مختلف کربن گرافیتی [10].




    شکل 3- ساختار اتمی صفحه گرافن: در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند [1].

    گرافن تک لایه ساختار زیر بنایی برای ساخت ساختارهای کربنی می باشد که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل میدهند. بر هم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصله ی بین صفحه ای 0.335 نانومتر میباشد (شکل 2). اگر تک لایه گرافنی حول محوری لوله شود، نانو لوله کربنی شبه یک بعدی و اگر به صورت کروی پیچانده شود فلورن شبه صفر بعدی را شکل میدهد (شکل 2) [9].
    در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه‏ های عاملی و همچنین اتم‏ های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏ های کربن در صفحه کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار می‏رود که نانولوله‏ های کربنی نیز استحکام زیادی داشته باشند. گرافیت نیز که یک ماده‏ی کربنی پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار گرفتن لایه‏ های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می‏شود. همانطور که می‏دانیم، گرافیت بسیار نرم است. آنچه لایه‏های گرافن را روی یکدیگر نگه می‏دارد، پیوندهای واندروالس بین آن‏هاست. این پیوند بسیار ضعیف است‏. بنابراین لایه‏ های گرافن به راحتی می‏توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گرافیت (نوک مداد سیاه) نرم است [1].
    لایه های گرافنی از 3 تا 10 لایه را به نام گرافن کم لایه (Few Layer Graphene) و بین 10 تا 30 لایه را به نام گرافن چند لایه ، گرافن ضخیم (Thick Graphene) و یا نانو بلور های نازک گرافیتی مینامند [12،11].

    3 - تاریخچه ی کشف گرافن
    اصطلاح گرافن 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 (Polycyclic) اشاره دارد ایجاد شد. این نام برای توصیف یک تک لایه از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت (Graphite Intercalation Compounds) مورد استفاده قرار گرفت (شکل 4) [14،13].
    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[15،4]. 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 [9،4].



    شکل 4- ترکیبات بین لایه ای گرافیت (graphite intercalation compounds) و [16].

    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 گرافن نشود.
    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 [9]. ساختارهایی که در واقع اکسید گرافن (ورقه ی از گرافن که با گروه های هیدروکسیل و اپوکسید پوشیده شده است) یا اکسید گرافن کاهش یافته (Reduced Graphene Oxide) بودند که با میکروسکوپ الکترونی عبوری (اکسید گرافن توسط روئس و ووگت، 1948 و اکسید گرافن کاهش یافته توسط بوئم و هوفمن، 1962) دیده شدند. ساخت گرافن 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 [17]. 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 گرافن اکسید ساخته است (شکل 5 الف) [17]. در سال 1948، روئس و ووگت میکروسکوپ الکترونی عبوری را به کار بردند و بعد از خشک کردن یک قطره از سوسپانسیون گرافن اکسید بر روی گرید TEM، تکه هایی با ضخامت کمتر از چند نانومتر مشاهده کردند [18]. در سال 1962 بوئم و هوفمن جستجوی زیادی برای پیدا کردن نازکترین قطعه از گرافن اکسید کاهش یافته انجام دادند و تعدادی تک لایه پیدا کردند (شکل 5 ب) [19]. ولی این مشاهدات تا سال های 2009 الی 2010 توجه زیادی به خود معطوف نکرد [20]. 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 گرافن با میکروسکوپ الکترونی عبوری در نظرگرفته می شود.




    شکل 5-الف) سوسپانسیون ساخته شده به وسیله ی برودی و ب) تصویر از تکه ی خیلی نازکی از گرافیت اکسید کاهش یافته در سال 1962 [20].

    با شروع دهه ی 1970، گرافن تک لایه برای اولین بار بر روی سطح مواد دیگر با استفاده از روش رشد همبافته (Epitaxial Growth) تولید شد[21]. این گرافن ایجاد شده شامل یک شبکه شش ضلعی از اتم های کربن پیوند شده با هیبریدSp2 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 گرافن اتفاق می افتاد. این به طور قابل توجهی منجر به تغییر ساختار الکترونیکی گرافن رشد یافته می شد [21].
    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 [22]. اما در طول این سالها (تا سال 2004) هیچ ماده ی کربنی نازک تر از 50 تا 100 لایه تولید نشد [8]. در سال 2000، کیم و همکارانش روش ورقه شدن میکرومکانیکی را تا حدی اصلاح کردند و یک مداد با تکنولوژی بالا (Nanopencil) 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 گرافن (شکل 6). به این ترتیب کسی واقعا انتظار نداشت که چنین ماده ای (گرافن) در طبیعت وجود داشته باشد[8].





    شکل 6- الف) نانومداد (Nanopencil) ب) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از گرافن ضخیم [8].

    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 گرافن 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 گرافن ارائه دادند که منجر به تحولی عظیم در این رشته شدند [23،8]. آنها با استفاده از چسب نواری یک تک ورقه ی گرافن (یک مونو لایه از اتم های کربن) را از گرافیت با روش ورقه ورقه شدن میکرومکانیکی (Scotch® tape technique) 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 (شکل 7). جایزه ی نوبل فیزیک 2010 نیز به خاطر ساخت ماده ای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت[9].



    شکل 7- الف) یک کلوخه از گرافیت، ب) چسب و ج) یک ترانزیستور گرافن [9].

    کشف گرافن 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(CNTs) ، در دسترس بودن مواد و فرآیندپذیری، عوامل محدود کننده سرعت در مراحل ارزیابی کاربرد گرافن می باشد [24،23]. برای گرافن، یک چالش مهم، سنتز و تولید گرافن خالص با کیفیت و در مقیاس بالا می باشد [24]. با در نظر گرفتن توجه دانشمندان به گرافن و امید به کاربردهای مختلف آن در آینده ی نزدیک، تلاش های تحقیقاتی زیادی به روش های تولید، درک ساختار و خواص گرافن اختصاص داده شده است که در مقاله بعد به طور مختصر به این موارد پرداخته می شود.








    منابـــــع :

    • 1. [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...].
    • 2. Kosynkin, D. V., Higginbotham, A. L., Sinitskii, A., Lomeda, J. R., Dimiev, A., Price, B. K., Tour, J. M., “Longitudinal Unzipping of Carbon Nanotubes to form Graphene Nanoribbons”, Nature, Vol.458, pp.872–876 )2009).
    • 3. Geim, A. K., “Graphene: Status and Prospects”, Science, Vol.324, pp.1530–1534 )2009).
    • 4. Katsnelson, M., “Graphene: Carbon in Two Dimensions”, Materialstoday, Vol.10, pp.20–27 )2007).
    • 5. Rao, C. N. R., Biswas, K., Subrahmanyam, K. S., Govindaraj, A., “Graphene, the New Nanocarbon”, Journal of Material Chemistry, Vol.19, pp.2457–2469 )2009).
    • 6. Geim, a K., Novoselov, K. S., “The Rise of Graphene”, Nature Materials, Vol.6, pp.183–191 )2007).
    • 7. Pumera, M., Ambrosi, A., Bonanni, A., Chng, E. L. K., Poh, H. L., “Graphene for Electrochemical. Sensing and Biosensing”, TrAC, Trends in Analytical Chemistry, Vol.29, pp.954–965 )2010).
    • 8. Wikipedia®, Graphene [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    • 9. Heyrovska, R., “Atomic Structures of Graphene, Benzene and Methane with Bond Lengths as Sums of the Single, Double and Resonance Bond Radii of Carbon”, )2008).
    • 10. Geim, A. K., Kim, P., “Carbon Wonderland”, Scientific American, pp. pp.90–97 )2008).
    • 11. Choi, W., Lahiri, I., Seelaboyina, R., Kang, Y. S., “Synthesis of Graphene and its Applications: a Review”, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, Vol.35, pp.52–71 )2010).
    • 12. Novoselov, K. S., Geim, A. K., Morozov, S. V., Jiang, D., Katsnelson, M. I., Grigorieva, I. V., Dubonos, S. V., Firsov, A. A., “Two-dimensional Gas of Massless Dirac Fermions in Graphene”, Nature, Vol.438, pp.197–200 )2005).
    • 13. Boehm, H. P., Setton, R., Stumpp, E., “Nomenclature and Terminology of Graphite Intercalation Compounds II”, Carbon, Vol.24, pp.241-245 )1986).
    • 14. Mouras, S., Hamwi, A., Djurado, D., Cousseins, J. C., "Synthesis of First Stage Graphite Intercalation Compounds with Fluorides", Revue de Chimie Minerale, Vol.24, pp.572–582 )1987).
    • 15. Chandler, D., “A New Approach to Water Desalination”, MIT Tech Talk, Vol.53, pp.1–4 ) 2009).
    • 16. Wikipedia®, Graphite Intercalation Compound [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    • 17. Brodie, B. C., “On the Atomic Weight of Graphite”, Philosophical Transactions of the Royal Society A, Vol.149, pp.249–259 )1859).
    • 18. Ruess, G. Vogt, F., “Höchstlamellarer Kohlenstoff aus. Graphitoxyhydroxyd”, Monatshefte für Chemie, Vol.78, pp.222–242 )1948).
    • 19. Boehm, H. P., Clauss, A., Fischer, G. O., Hofmann, U., “Das Adsorptionsverhalten Sehr Dunner Kohlenstoff-Folien”, Zeitschrift fuer Anorganische und Allgemeine Chemie, Vol.316, pp.119–127 )1962).
    • 20. Geim, A. K., “Graphene prehistory”, Physica Scripta, T, Vol.146, 014003 (4pp) )2012).
    • 21. Oshima, C., Nagashima, A., “Ultra-Thin Epitaxial Films of Graphite and Hexagonal Boron Nitride on Solid Surfaces”, Journal of Physics: Condensed Matter, Vol.9, pp.1–20 )1997).
    • 22. Seibert, K., Cho, G. C., Kütt, W., Kurz, H., Reitze, D. H., Dadap, J. I., Ahn, H., Downer, M. C., Malvezzi, A. M., “Femtosecond Carrier Dynamics in Graphite”, Physical Review B, Vol.42, pp.2842–2851 )1990).
    • 23. Novoselov, K. S., Geim, A. K., Morozov, S. V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S. V., Grigorieva, I. V., Firsov, A. A., “Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films”, Science, Vol.306, pp.666–669 (2004).
    • 24. Chen, D., Tang, L., Li, J., “Graphene-Based Materials in Electrochemistry”, Chemical Soceity Review, Vol.39, pp.3157–3180 )2010).
    ویرایش توسط samane.metal : 2014/10/09 در ساعت 19:51
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  12. 6
  13. #7
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882
    گرافن پایه ساختارهای مهم کربنی (2)




    با در نظر گرفتن توجه دانشمندان به گرافن و امید به کاربردهای مختلف آن در آینده ی نزدیک، تلاش های تحقیقاتی زیادی به روش های تولید، درک ساختار و خواص گرافن اختصاص داده شده است. به طور کلی انتظار می رود که گرافن تنها از یک لایه تشکیل شده باشد، اما علاقه قابل توجهی برای تحقیق در مورد گرافن دو لایه و کم لایه نیز وجود دارد. روش های مختلفی برای تولید گرافن وجود دارد که هر کدام معایب و مزایای خود را دارد. روش های سنتز گرافن کلا به چهار روش کلی تقسیم شده است: 1) رسوبدهی شیمیایی بخار (CVD) و رشد های همبافته (Epitaxial Growth) و 2) لایه برداری میکرومکانیکی از گرافیت 3) رشد همبافته در سطوح الکتریکی عایق مانند SiC و 4) ایجاد تعلیق کلوئیدی از گرافن ساخته شده از گرافیت، مشتقات گرافیت (مانند اکسید گرافیت) و ترکیبات بین لایه ای گرافیت. انواع مختلف گرافن شامل تک لایه، دو لایه و چند لایه، دارای کاربردهای بالقوه در زمینه های مختلف می باشند. در ادامه به طور مختصر به ذکر روش های سنتز، خصوصیات، روش های تعیین خصوصیات و کاربردهای گرافن می پردازیم.



    1- مقدمه:
    روش های ساخت انواع مختلف گرافن
    تاکنون روش های متعدد شیمیایی و فیزیکی برای تولید انواع مختلف گرافن (از تک لایه تا چند لایه) مطرح شده است که برخی از این روش ها در ذیل آورده شده است:

    از پایین به بالا
    رسوب دهی بخار شیمیایی (CVD) و رشد همبافته (Epitaxial growth) و [2،1].
    رسوب دهی بخار شیمیایی با پلاسما ی غنی شده [1]
    گرمایی[2]
    در حضور بستر فلزی (مانند روتنیوم، نیکل و مس) [3-6].
    در عدم حضور بستر[7]
    رشد همبافته بر روی بستر عایق SiC و[9،8]
    گرماکافت[11،10]

    از بالا به پایین
    لایه برداری مکانیکی [13،12]
    چسب نواری (Scotch® tape technique) و [13]
    سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM Tip) و [14]
    سنتز شیمیایی [15]
    با امواج فرا صوتی[16]
    کاهش [17]
    روش الکتروشیمیایی[19،18]
    باز کردن نانولوله های کربنی [21،20]
    تبدیل نانوالماس[22]
    تبخیر قوس الکتریکی گرافیت در حضور مخلوط H2/He و [1]

    هریک از این روشها مزایا و معایب خاص خود را دارند.

    روش لایه برداری مکانیکی با استفاده از چسب نواری، برای تولید گرافن تک لایه و کم لایه مناسب می باشد اما راندمان تولید پائین می باشد. روش CVD با وجود اینکه پتانسیل زیادی برای تولید گرافن با سطح بزرگ از خود نشان می دهد، اما نیاز به انتقال نمونه به بستر های دیگر از طریق انتقال مکانیکی و یا از طریق فرآوری محلول به منظور ایجاد وسایل سودمند را دارد. این روش پتانسیل زیادی برای تولید مقدار زیادی از گرافن با هدف استفاده برای کاربردهای الکترونیکی را دارا می باشد [23].
    تجزیه حرارتی ویفر SiC تحت خلاء بالا روش دیگری برای تهیه گرافن می باشد. این روش نیاز به درجه حرارت بالا بیش از
    1100 درجه سانتیگراد برای تصعید سیلیکون دارد و کربن های باقی مانده به شکل گرافن مرتب می شوند. این روش می تواند برای الگودهی گرافن (Patterned Graphene)مورد استفاده قرار گیرد که برای کاربردهای الکترونیکی مناسب می باشد. نقطه ضعف این روش بسیاری نقص ساختاری در لایه ها می باشد. علاوه بر آن انتقال به بستر های دیگر دشوار است. همچنین، نیاز به شرایط خلاء بالا دارد و در نتیجه گران است [23].
    تبدیل نانوالماس، تبخیر قوس الکتریکی گرافیت در حضور مخلوط H2/He و رسوب دهی بخار شیمیایی با پلاسما ی غنی شده با میکروویو نیز برای تولید گرافن استفاده شده است. این روش باعث تولید مقادیری از سایر مواد ناخواسته ی کربنی می شود [23].
    ایجاد تعلیق کلوئیدی از گرافیت و مشتقات گرافیت (مانند اکسید های گرافیت، ترکیبات بین لایه ای گرافیت (Graphite Intercalation Compounds)و گرافیت بسط پذیر(Expandable Graphite) ) روش دیگری برای سنتز گرافن می باشد.
    اگر ماده شروع کننده گرافیت باشد، تعلیق کلوئیدی از گرافن می تواند در حلال های مختلف به دست آید اما گرافن به دست آمده با غلظت کم در اندازه ی کوچک می باشد. همچنین باقی مانده ی حلال ها ممکن است بر روی سطح گرافن باقی بماند و کاربردهای آن را محدود کند [23].
    در مورد اکسید گرافیت، روش شامل اکسیداسیون اولیه گرافیت به اکسید گرافیت می باشد. پس از آن اکسید گرافیت به صورت مکانوشیمیایی و یا حرارتی به اکسید گرافن (GOx) تبدیل می شود و به دنبال آن با کاهش اکسید گرافن، گرافن ایجاد می شود. این روش برای تولید گرافن در مقیاس و راندمان بالا مناسب می باشد، اما با این وجود روشی وقت گیر می باشد و از واکنشگرهای اکسید کننده و کاهش دهنده ی خطرناک و سمی استفاده می شود. در واقع، اکسید گرافن عایق می باشد و از لحاظ هدایت تفاوت زیادی با گرافن دارد. با وجودی که این گروه های عاملی اکسیدی را می توان با کاهش دادن (Reduction) تا حدی از بین برد، اما مقدار قابل توجهی نقص ساختاری ایجاد می شود که خواص الکترونیکی را تحت تاثیر قرار می دهد [23].
    برای تهیه گرافن همچنین می توان از روش های ورقه ورقه شدن گرافیت توسط واکنش های شامل مواد بین لایه ای (Intercalant) ، و یا از طریق شوک حرارتی بعد از در معرض قرار دادن گرافیت طبیعی یا بسط پذیر (Expandable Graphite) با اسید نیز استفاده کرد. با این حال، این روش ها وقت گیر می باشند [23].
    لایه برداری الکتروشیمیایی از گرافیت، روش دیگری برای تولید گرافن می باشد. اما این روش ها نیز نیاز به ولتاژ بالا دارد و معمولا چند مرحله ای و زمانگیر هستند [23]. بنابراین، ارائه ی یک روش آسان، ساده و مستقیم برای تولید گرافن در مقیاس بالا و بدون نقص با مساحت بزرگ یک چالش بزرگ می باشد.

    2 - خصوصیات گرافن
    با در نظر گرفتن توجه دانشمندان به گرافن و امید به کاربردهای مختلف آن در آینده ی نزدیک، تلاش های تحقیقاتی زیادی به درک ساختار و خواص گرافن اختصاص داده شده است. به طور کلی انتظار می رود که گرافن تنها از یک لایه تشکیل شده باشد، اما علاقه قابل توجهی برای تحقیق در مورد گرافن دو لایه و کم لایه نیز وجود دارد. گرافن های دو لایه و کم لایه به ترتیب شامل 2 و 3 تا 10 لایه از این ورقه های دو بعدی می باشند. ساختار گرافن شامل بیش از 10 عدد از این ورقه های دوبعدی به عنوان گرافن ضخیم در نظر گرفته شده و کمتر مورد علاقه دانشمندان می باشد [24]. گرافن وضعیت خود را از یک ماده ی ناشناخته به یک ستاره پر فروغ در زمینه های مختلف علم و فن آوری تغییر داده است [24]. این بدلیل خصوصیات استثنایی گرافن شامل چگالی بالای جریان، حمل و نقل بالستیک، بی اثر بودن شیمیایی، هدایت حرارتی بالا، عبور نوری و آبگریزی فوق العاده در مقیاس نانومترمی باشد [25،12].
    همانطور که قبلا گفته شد گرافن تک لایه به عنوان یک ورقه ی دو بعدی از اتمهای کربن که به صورت شبکه ای شش ضلعی کنار هم قرار گرفته اند تعریف شده است [24] گرافن دارای هیبرید sp2 می باشد و اتم های کربن سه پیوند قوی کووالانسی (σ) در صفحه تشکیل می دهد که ساختار شش ضلعی را تشکیل می دهند و همچنین دارای یک اوربیتال عمود بر صفحه می باشند که تشکیل پیوندهای π خارج از صفحه را می دهند. این پیوند ها می توانند برهمکنش بین لایه های مختلف گرافن را در گرافن چندلایه کنترل کنند [24].
    گرافن طبیعی یک شبه فلز یا یک نیمه رسانا با گاف نواری صفر است و همچنین دارای تحرک پذیری الکترونی بسیار بالا در دمای اتاق می باشد. خواص نوری منحصر به فرد گرافن، موجب بروز یک شفافیت بالای غیر منتظره برای یک تک لایه ی اتمی شده است. یک تک لایه ی گرافن 2.3٪ ≈ πα از نور سفید فرودی بر روی خود را جذب می کند که در آن α ثابت ساختار ریز شبکه می باشد [27،26]. گرافن تک لایه همچنین به عنوان یکی از قویترین مواد در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن این خواص جالب جدید گرافن انتظار می رود که مرزهای جدیدی در زمینه ی کاربردهای گرافن باز شود[24].
    گرافن دو لایه به عنوان نیمه رسانای بدون گاف در نظر گرفته شده است. گرافن تک لایه و دو لایه شفافیت بسیار بالا برای امواج نور در محدوده ی ماوراء بنفش تا مادون قرمز از خود نشان می دهند، و می توانند در ساخت الکترود های شفاف در سلول های خورشیدی کاربرد داشته باشند [28].
    تجزیه و تحلیل ساختار باند (گاف انرژی) گرافن کم لایه، گافی را نشان نمی دهد. این ساختار به طور فزاینده ای با افزایش تعداد لایه ها فلزی می شود. چند لایه گرافن، مساحت سطح بسیار بالا، تقریبا قابل مقایسه با تک لایه گرافن را نشان می دهد [29]. چند لایه گرافن همچنین قابلیت خوبی برای عامل دار شدن با مواد مختلف به صورت کووالانسی و غیر کووالانسی از خود نشان می دهد که منجر به حل شدن آن در حلال های مختلف می شود [30].

    3 - تعیین خصوصیات گرافن

    تکنیک های مختلفی می تواند برای تعیین خصوصیات گرافن و مشتقات آن به کار گرفته شوند (شکل 1). از جمله تکنیک های متداول مورد استفاده میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، پراش الکترونی (ED)، میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا (HRTEM)، میکروسکوپ تونل زنی روبشی (STM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش اشعه X و (XRD)، طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) و طیف سنجی رامان و تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) می باشند (شکل 1). به طور کلی، از این تکنیک ها می توان برای تعیین خصوصیاتی مانند مورفولوژی، تعداد لایه ها، کیفیت ساختارها، ساختار بلوری و خواص ذاتی مواد مبتنی بر گرافن استفاده کرد [31].




    شکل 1- الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و [32]، ب) پراش الکترونی (ED) و [32] ج) میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا (HRTEM) و [33]، د) میکروسکوپ تونل زنی روبشی (STM) و[34]، ه) میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و [35]، و) میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)و [36]، ز) پراش اشعه ایکس (XRD) و [37]، ح) طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) و [38] ط) طیف سنجی رامان [39] و ی) تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) از گرافن [37].

    4- کاربردهای گرافن
    انواع مختلف گرافن شامل تک لایه، دو لایه و چند لایه، دارای کاربردهای بالقوه در زمینه های مختلف می باشند. همانطور که در بالا گفته شد گرافن سختترین و نازکترین مادهای است که بشر تاکنون بهآن دست یافتهاست. این ماده با وجود اینکه ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور میدهد و از شفافیت بالایی برخوردار است؛ همچنین آسانی تهیه و رسانا بودن این ماده که حتی رساناتر از مس است و قابلیت آن در عبور دادن گرما و جریان الکتریسیته آنرا به گزینهای جدید برای استفاده در صفحههای نوری و کامپیوترها تبدیل کردهاست. تحمل این ماده در برابر فشاری که موجب از هم گسیختگی شود 200 تا 300 برابر فولاد است و حتی سختتر از الماس است. گرافن بسیار سبک و انعطاف پذیر است با این ویژگی ها بی جهت نیست که گرافن را یک ابر ماده می نامند و پیش بینی می شود که این ماده در آینده انقلابی را در صنعت الکترونیک پدید بیاورد. این ماده جایگزین سیلیکون در محصولات الکترونیکی محسوب می شود . گرافن دارای چندین ویژگی است که آنرا برای کاربرد های الکترونیک مطلوب میسازد. یکی از این خواص، قابلیت حرکت بسیار بالای حاملهای بار در آن است. الکترونها در گرافن نسبتا آزادانه حرکت میکنند. همچنین گرافن می تواند به یک تک مولکول گاز واکنش نشان بدهد و در نتیجه برای ساخت ماده ردیاب در حسگرها از جذابیت زیادی برخوردار است [40]. بنابراین گرافن می توانند کاربردهای مختلفی داشته باشد (شکل 1) [41]. برخی از کاربردهای گرافن میتواند موارد زیر باشد [40]:
    • استفاده شدن بهجای فیبرهای کربن در کامپوزیتها که نتیجتاً باعث ایجاد هواپیماها و ماهوارههای سبکتر می گردد.
    • استفاده شدن بهجای سیلیکونهای نیمهرسانا در ترانزیستورها بدلیل خواص رسانشی فوق العاده گرافن. در این ماده الکترونها می توانند 100 برابر سریعتر از الکترونهای حاضر در سیلیکون حرکت کنند به همین علت به طور بالقوه گرافن می تواند کاربردهای زیادی در صنایع الکترونیک داشته باشد. این ماده در حال حاضر اصلی ترین رقیب سیلیکون به شمار می رود.
    • جاسازی کردن گرافن در پلاستیک که میتواند پلاستیک مذکور را رسانا کند.
    • امکان بالابردن دوام باتریها با استفاده از غبار گرافنی.
    • کاربرد در الکترونیک نوری.
    • ایجاد پلاستیکهایی سختتر، مستحکمتر و سبکتر.
    • کاربرد بهعنوان پوشش شفاف رسانا برای سلولهای خورشیدی و نمایشگرها. مزیت اصلی گرافن در این است که میتواند نور و الکتریسیته را از خود عبور دهد.
    • ایجاد توربینهای بادی کارآمدتر.
    • ایجاد ایمپلنتهای مستحکمتر (پزشکی).
    • کاربرد در تجهیزات ورزشی.
    • ایجاد ابرخازنها.
    • کاربرد برای پیشرفت صفحات و نمایشگرهای لمسی و انعطاف پذیر.
    • کاربرد در نمایشگرهای کریستال مایع (LCD).
    • کاربرد در دیودهای گسیل نور (LED) و دیودهای ارگانیک گسیل نور (OLED).
    • ساخت جوهرهای رسانا برای پوشش.



    شکل 2- کاربردهای مختلف گرافن [42،41]







    منابـــــع :

    • 1. Rao, C. N. R., Sood, A. K., Subrahmanyam, K. S., Govindaraj, A., "Graphene: The New Two-Dimensional Nanomaterial", Angewandte Chemie, International Edition, Vol.48, pp.7752–7777 )2009).
    • 2. Shao, Y., Wang, J., Wu, H., Liu, J., Aksay, I. A., Lin, Y., "Graphene Based Electrochemical Sensors and Biosensors: A Review", Electroanalysis, Vol.22, pp.1027–1036 )2010).
    • 3. Sutter, P. W., Flege, J. I., Sutter, E. A., "Epitaxial Graphene on Ruthenium", Nature Materials, Vol.7, pp.406–411 )2008).
    • 4. Dedkov, Y. S., Fonin, M., Rüdiger, U., Laubschat, C., "Rashba Effect in the Graphene/Ni(111) System", Physical Review Letters, Vol.100, pp.107602–107605 )2008).
    • 5. Li, X. S., Cai, W. W., An, J. H., Kim, S., Nah, J., Yang, D. X., Piner, R., Velamakanni, A., Jung, I., Tutuc, E., Banerjee, S. K., Colombo, L., Ruoff, R. S., "Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils", Science, Vol.324, pp.1312–1314 )2009).
    • 6. Kim, K. S., Zhao, Y., Jang, H., Lee, S. Y., Kim, J. M., Kim, K. S., Ahn, J. H., Kim, P., Choi J. Y., Hong, B. H., "Large-Scale Pattern Growth of Graphene Films for Stretchable Transparent Electrodes", Nature, Vol.457, pp.706–710 )2009).
    • 7. Dato, A., Radmilovic, V., Lee, Z. H., Phillips, J., Frenklach, M., "Substrate-Free Gas-Phase Synthesis of Graphene Sheets', Nano Letters, Vol.8, pp.2012–2016 )2008).
    • 8. Ohta, T., Bostwick, A., Seyller, T., Horn, K., Rotenberg, E., "Controlling the Electronic Structure of Bilayer Graphene", Science, Vol.313, pp.951–954 )2006).
    • 9. Heera, W. A. de, Berger, C., Wu, X., First, P. N., Conrad, E. H., Li, X., Li, T., Sprinkle, M., Hass, J., Sadowski, M. L., Potemski, M., Martinez, G., "Epitaxial Graphene", Solid State Communications, Vol.143, pp.92–100 )2007).
    • 10. Wang, X., Zhi, L. J., Tsao, N., Tomovic, Z., Li, J., Müllen, K., "Transparent Carbon Films as Electrodes in Organic Solar Cells", Angewandte Chemie, International Edition, Vol.47, pp.2990–2992 )2008).
    • 11. Choucair, M., Thordarson, P., Stride, J. A., "Gram-Scale Production of graphene based on solvothermal", Nature Nanotechnology, Vol.4, pp.30–33 )2009).
    • 12. Geim, A. K., Kim, P., "Carbon Wonderland", Scientific American, pp. pp.90–97 )2008).
    • 13. Novoselov, K. S., Geim, A. K., Morozov, S. V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S. V., Grigorieva, I. V., Firsov, A. A., "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science, Vol.306, pp.666–669 (2004).
    • 14. Seibert, K., Cho, G. C., Kütt, W., Kurz, H., Reitze, D. H., Dadap, J. I., Ahn, H., Downer, M. C., Malvezzi, A. M., "Femtosecond Carrier Dynamics in Graphite", Physical Review B, Vol.42, pp.2842–2851 )1990).
    • 15. Park, S., Ruoff, R. S., "Chemical Methods for the Production of Graphenes", Nature Nanotechnology, Vol.4, pp.217–224 )2009).
    • 16. Boukhvalov, D. W. & Katsnelson, M. I., "Modeling of Graphite Oxide", Journal of American Chemical Society, Vol.130, pp.10697–10701 )2008).
    • 17. Chen, D., Tang, L., Li, J., "Graphene-Based Materials in Electrochemistry", Chemical Soceity Review, Vol.39, pp.3157–3180 )2010).
    • 18. Su, C. Y., Lu, A. Y., Xu, Y., Chen, F. R., Khlobystov, A. N., Li, L. J., "High-Quality Thin Graphene Films from Fast Electrochemical Exfoliation", ACS Nano, Vol.5, pp.2332–2339 )2011).
    • 19. Wang, J., Manga, K. K., Bao, Q., Loh, K. P., "High-yield Synthesis of Few-Layer Graphene Flakes through Electrochemical Expansion of Graphite in Propylene Carbonate Electrolyte", Journal of American Chemical Society, Vol.133, pp.8888–8891 )2011).
    • 20. Kosynkin, D. V., Higginbotham, A. L., Sinitskii, A., Lomeda, J. R., Dimiev, A., Price, B. K., Tour, J. M., "Longitudinal Unzipping of Carbon Nanotubes to form Graphene Nanoribbons", Nature, Vol.458, pp.872–876 )2009).
    • 21. Jiao, L. Y., Zhang, L., Wang, X. R., Diankov, G., Dai, H. J., "Narrow Graphene Nanoribbons from Carbon Nanotubes", Nature, Vol.458, pp.877–880 )2009).
    • 22. Subrahmanyam, K. S., Vivekchand, S. R. C., Govindaraj, A., Rao, C. N. R., "A study of Graphenes Prepared by Different Methods: Characterization, Properties and Solubilization", Journal of Material Chemistry, Vol.18, pp.1517–1523 )2008).
    • 23. Safavi, A., Tohidi, M., Aghakhani Mahyari, F., Shahbaazi, H., "One -pot synthesis of large scale graphene nanosheets from graphite–liquid crystal composite via thermal treatment", J. Mater. Chem., Vol.22, pp.3825-3831 (2012).
    • 24. Choi, W., Lahiri, I., Seelaboyina, R., Kang, Y. S., "Synthesis of Graphene and its Applications: a Review", Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, Vol.35, pp.52–71 )2010).
    • 25. Chen, J. H., Jang, C., Xiao, S., Ishigami, M., Fuhrer, M. S., "Intrinsic and Extrinsic Performance Limits of Graphene Devices on SiO2", Nature Nanotechnology, Vol.3, pp.206–209 )2008).
    • 26. Wikipedia®, Graphene [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    • 27. Kuzmenko, A., Heumen, E. V., Carbone, F., Marel, D. V., "Universal Optical Conductance of Graphite", Physiycal Review Letter, Vol.100, pp.117401–117404 )2008).
    • 28. Peres, N. M. R., "The Electronic Properties of Graphene and its Bilayer", Vacuum, Vol.83, pp.1248–1252 )2009).
    • 29. Morozov, S. V., Novoselov, K. S., Schedin, F., Jiang, D., Firsov, A. A., Geim, A. K., "Two-Dimensional Electron and Hole Gases at the Surface of Graphite', Physical Review B, Vol.72, 201401 (4 pp.) )2005).
    • 30. Niyogi, S., Bekyarova, E., Itkis, M. E., McWilliams, J. L., Hamon, M. A., Haddon, R. C., "Solution Properties of Graphite and Graphene", Journal of American Chemical Society, Vol.128, pp.7720–7721 (2006).
    • 31. Chen, D., Tang, L., Li, J., "Graphene-Based Materials in Electrochemistry", Chemical Soceity Reveiw, Vol.39, pp.3157–3180 (2010).
    • 32. Hernandez, Y., Nicolosi, V., Lotya, M., Blighe, F. M., Sun, Z. Y., De, S., McGovern, I. T., Holland, B., Byrne, M., Gun'ko, Y. K., Boland, J. J., Niraj, P., Duesberg, G., Krishnamurthy, S., Goodhue, R., Hutchison, J., Scardaci, V., Ferrari, A. C., Coleman, J. N., "High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite", Nat. Nanotechnol., Vol.3, pp.563-568 (2008).
    • 33. Reina, A., Jia, X. T., Ho, J., Nezich, D., Son, H. B., Bulovic, V., Dresselhaus, M. S., Kong, J., "Large Area, Few-Layer Graphene Films on Arbitrary Substrates by Chemical Vapor Deposition", Nano Lett., Vol.9, pp.30- 35 (2009).
    • 34. Allen, M. J., Tung, V. C., Kaner, R. B., "Honeycomb carbon: a review of graphene", Chem. Rev., Vol.110, pp.132–145 (2010).
    • 35. Zhang, J., Yang, H., Shen, G., Cheng, P., Zhang, J., Gu, S., "Reduction of graphene oxide via L-ascorbic acid", Chem. Commun., Vol.46, pp.1112–1114 (2010).
    • 36. Liu, N., Luo, F., Wu, H., Liu, Y., Zhang, C., Chen, J., "One-Step Ionic-Liquid-Assisted Electrochemical Synthesis of. Ionic-Liquid- Functionalized Graphene Sheets", Adv. Funct. Mater., Vol.18, pp.1518–1525 (2008).
    • 37. Wang, S., Zhang, Y., Abidi, N., Cabrales, L., "Wettability and Surface Free Energy of Graphene Films", Langmuir, Vol.25, pp.11078–11081 (2009).
    • 38. Wang, J., Manga, K. K., Bao, Q., Loh, K. P., "High-yield synthesis of few-layer graphene flakes through electrochemical expansion of graphite in propylene carbonate electrolyte", J. Am. Chem. Soc., Vol.133, pp.8888–8891 (2011).
    • 39. Kim, K. S., Zhao, Y., Jang, H., Lee, S. Y., Kim, J. M., Kim, K. S., Ahn, J. H., Kim, P., Choi, J. Y., Hong, B. H., "Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes", Nature Vol 457, pp.706-710 (2009).
    • 40. [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...].
    • 41. Castro Neto, A. H., Novoselov, K., "Two-Dimensional Crystals: Beyond Graphene", Materials Express, Vol.1, pp.10–17 (2011).
    ویرایش توسط samane.metal : 2014/10/14 در ساعت 20:56
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  14. 3
  15. #8
    samane.metal
    مدیـــر بازنشسته
    تاریخ عضویت
    2013/12/03
    محل سکونت
    Tehr@n
    نوشته ها
    455
    195
    882
    معرفی انواع صورتهای کربن


    در این مختصر، انواع مختلف ساختارهای کربنی معرفی شده اند. ساختارهای بسیار متنوع گرافیت، گرافیت پیرولیتی با نظم بسیار بالا، فولرن ، نانو الیافهای کربنی، نانولوله های کربنی و گرافن از این دستهاند. همچنین خصوصیات و ویژگیهای هریک، مورد بررسی قرار گرفته و روشهای تهیه آنها به اختصار شرح داده شده است.

    1- مقدمه: انواع گونه های کربن
    ساختارهای کربنی گستره وسیعی از تنوع و کاربرد را در شیمی به خود اختصاص داده اند. این گستردگی به دلیل شیمی خاص اتمهای کربن است. خلاصهای از شیمی اتم کربن در مقالهای تحت همین نام آورده شده است تا آشنایی بیشتری برای مخاطب ایجاد شود.
    کربن در انواع میکروسکوپی مختلفی وجود دارد. ترکیباتی همچون گرافیت، الماس، کربن های بی شکل (آمورف)، فولرن (Fullerene)، نانو الیاف کربنی (Carbon Nanofibers, CNFs)، نانولوله های کربنی (Carbon Nanotubes, CNTs) و گرافن (Graphene) از این دسته اند. گرافن جدید ترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد. فولرن به عنوان یک نانوماده ی صفر بعدی (D-0)، نانولوله های کربنی به عنوان نانوماده ی یک بعدی (D-1) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی (D-3) درنظر گرفته میشوند (شکل 1)[1،2]. در زیر خصوصیات و شاخصه فرمهای مختلف کربن آورده شده است:






    شکل 1- انواع فرم های کربنی،A) فولرن)، B) نانولوله های کربنی، C) گرافن و D) گرافیت.

    2-1-گرافیت
    گرافیت از یک ساختار شش وجهی با اتمهای کربنی که در یک پیکربندی با پیوندهای هیبرید شده sp2 منظم شده اند، تشکیل شده است [3]. این ترتیب اتمی منجر به تشکیل صفحات لایه ای یا ورقه های (Sheet) گرافن با فاصلهی 3.354 آنگستروم شده است. پیوند کووالانسی قوی بین اتمها در ورقه گرافن وجود دارد. بر خلاف الماس، نیروهای ضعیف واندروالس بین صفحات لایه ای وجود دارد تا آنها را کنار هم نگه دارد. به دلیل این برهمکنشهای ضعیف است که ورقه های گرافن (یک تک لایه از گرافیت) می توانند در سراسر هر لایه روی هم بلغزند وخصوصیت یک روان کننده خوب را به این ماده می دهد. انواع دیگری از مواد کربنی با هیبربد SP2 وجود دارند. به عنوان مثال، زمانی که ابعاد صفحه ای ورقه های گرافن کوچک است و فاصله بین آنها بزرگ باشد، این کربن به عنوان غیر متبلور (آمورف) طبقه بندی می شود(به عنوان مثال، پودرها، کربن شیشه ای، و غیره)[4،3].

    3-1- گرافیت پیرولیتی با نظم بسیار بالا
    (Highly Oriented Pyrolytic Graphite-HOPG
    )
    گرافیت پیرولیتی با نظم بسیار بالا یک نوع ویژه از کربن است که مشابه با یک فلز تک بلور (Single Crystal) می باشد [5]. این نوع کربن با در معرض قرار دادن گرافیت پیرولیتی، ماده ای که از تخریب گازهای هیدروکربنی روی یک سطح داغ تشکیل می شود، در فشار و دمای بالا بدست می آید [7،6،4]. این فرم از یک آرایش لایه ای از صفحات پلی آروماتیک به هم چسبیده (ورقه های گرافنی) با یک سبک نسبتا شطرنجی که روی هم انباشته شده اند، تشکیل شده است. این ماده Turbostratic است یعنی ورقه های گرافنی جهت گیری زاویه ای اتفاقی نسبت به یکدیگر دارند. فاصله بین این صفحات به طور کلی گستره بین 3.39-3.35 آنگستروم است. ترتیب های سازمان یافته از این ورقه های گرافنی، بلور هایی با پارامترهای ابعادی L (ارتفاع انباشته) La (عرض صفحه لایه ای) و d ( فاصله بین صفحه ای) نامیده می شوند. L اندازه میانگین از میکرو کریستالیت گرافنی در طول محورx است که همیشه در صفحه شبکه شش وجهی قرار گرفته است. LCA به طول پیوسته ورقه گرافن انباشته شده در جهت عمود بر L اشاره دارد. این پارامتر ها توسط اندازه گیری های پراش پرتو X-ray Diffraction, XRD) x ) به دست می آیند که معمولا برای پیشگویی بسیاری از خصوصیات مواد کافی هستند. سطح شش وجهی که عمود بر محور C است به عنوان بنیان صفحه”Basal Plane” در نظر گرفته میشود و در مقابل سطح برشی که به موازات محور C است لبه صفحه “Edge Plane” نامیده می شود (شکل 2) [4].





    شکل 2-ساختار HOPEG و [3]

    تکنیک طیفسنجی رامان (Raman Spectroscopy) ابزار مناسبی برای شناسایی و بررسی خصوصیات میکروساختارهای مواد کربنی است. دلیل این که (HOPG) شبیه یک فلز تک بلور است، آرایش منظم اتمهای کربن در صفحات گرافنی است. در یک صفحه لایه ای، هر اتم کربن به سه اتم دیگر پیوند شده است. فاصله بین اتمهای کربن همسایه 1.42 است که این مقدار بسیار نزدیک به فاصله پیوندی C-C در بنزن است. علاوه بر نظم بسیار بالا سطح نیز بسیار صاف و با ابعاد نسبتا بالا (میکرومتری) است[8-10].


    4-1- الماس (Diamond)
    بلور الماس مکعبی است و اتمهای کربن در یک پیکربندی چهار وجهی با پیوند های هیبریدی sp3 مرتب شده اند (شکل 3)[4]. این پیوند قوی کووالانسی باعث شده تا الماس سخت ترین ماده شناخته شده، محسوب شود. به همین دلیل از جمله کاربرد های مهم تجاری الماس می توان به عنوان سنباده برای سایش و پرداخت فلزات و به عنوان یک پوشش برای ابزارهای برش نام برد. همچنین فیلمهای آمورف از الماس با مخلوطی از کربنهای پیوند شده با هیبرید sp2 وsp3 نیز وجود دارند. مثل Ta-C.






    شکل 3- ساختار الماس ایده آل [2].

    1-4-1- الماس واره(Diamondoid)
    الماس واره اشاره به ساختاری دارد که در یک مفهوم وسیع شبیه الماس است، بدین معنی که ساختاری قوی شامل شبکه های متراکم سه بعدی از پیوند های کووالانسی است و عمدتا از اتمهای ردیف اول و دوم با ظرفیتهای سه یا بیشتر تشکیل شده است [11،4]. مثال های از این ساختار ها یاقوت کبود و دیگر ساختارهای محکم مشابه الماس با جایگزینی اتمهای دیگر مثل N، Si، S و غیره می باشند.
    در محتوای شیمی کلاسیک الماس واره اشاره به نوعی از مولکول قفس کربن دارد که به عنوان کوچکترین واحد ساختار قفس یک شبکه کریستال الماس شناخته شده است (شکل 4).





    شکل 4- مثالهایی از هیدروکربنهای قفسی؛ Cuban C8H8 (a و admantane C10H16 (b و twistane (c یک ایزومر از admantaneو C10H16 و diamantine C14H20 (d که در آن دو قفسه admantane یافت می شود و e) triamantane C18H24 شامل سه قفس admantane و dodecahedrane C20H20 (f و g) مولکول tetramantane C22H28 با چهار قفس admantane و h) مولکول buckminsterfullerene C60 و [2]

    5-1- ترکیبات بین لایه ای گرافیت (Graphite Intercalated Compounds, GICs)
    به دلیل نیروهای بین لایه ای ضعیف واندروالسی مربوط به پیوندهای sp2 در گرافیت، GICs ممکن است بوسیله ی وارد شدن لایه ای از گونه های میهمان بین لایه های گرافیت به عنوان میزبان شکل گیرند (شکل 5) [13،12]. شیمی میهمان-میزبان در مقاله شیمی ابرمولکولی به خوبی توضیح داده شده است. گونه های میهمان ممکن است اتمی یا مولکولی باشند، مانند فلز قلیای پتاسیم. در ساختار الماس، پیوندهای بسیار قوی sp3 و Isotropic اجازه ورود لایه های گونه های میهمان را نمی دهند.




    شکل 5- مدل شماتیک برای ترکیبات بین لایه ای گرافیت [2].

    6-1- فولرن(Fullerene)
    یک فرم مرموز از کربن که به عنوان”Bucky Ball” یا فولرن شناخته شده است، وجود دارد که در سال ۱۹۸۵ کشف شده است [14]. ”Bucky Ball” شبیه یک توپ فوتبال است و شامل ۶۰ اتم کربن (C) در یک ساختار کروی است که ۲۰ شش وجهی و ۱۲ پنج وجهی روی سطح منظم شده اند. هر کربن فولرن، دارای هیبرید sp2 است و با سه اتم دیگر، پیوندهای سیگما تشکیل میدهد (شکل 6). این کشف منجر به گسترش تحقیقات روی C60 و تنوعات این ساختار(مثل نانولوله ها) گردید [15]. این مولکولهای قفس مانند با فرمول های C60، C70 و C78 شناخته شدهاند.




    شکل 6- ملکول C60 نشان می دهد باندهای یگانه (a5) و دوگانه (a6) و [2].

    فولرن توسط روشهای متنوعی در آزمایشگاه می تواند سنتز شود که همگی شامل تولید یک بخار یا پلاسمای غنی شده از کربن می باشند. در تمامی روشهای رایج برای سنتز فولرن در ابتدا C60 و C70 تولید می شوند و امروزه این مولکولها در مقادیر گرمی در آزمایشگاه تهیه می شوند و به طور تجاری در دسترس هستند [4].


    7-1- نانوالیاف کربنی (Carbon Nano-Fibers-CNFs)
    نانوالیاف کربنی، نانوساختارهای استوانه ای با لایه های گرافن می باشند که به صورت های مخروط انباشته (Stacked Cones)، فنجان (Cups) ، و یا صفحات (Plates) و بدون هسته ی توخالی (No Hollow Core)، اما با سایت های لبهای بسیار در دیوار بیرونی مرتب شده اند ( شکل 7) [16]. VGCFs (فیبر کربن رشد یافته از بخار) و انواع کوچکتر آنها از نظر اندازه، VGCNFs (نانوالیاف کربن رشد یافته از بخار)، از جمله فیبرهای کربنی کوتاه می باشند که بعلت پتانسیل آنها برای پیشرفت خواص حرارتی، الکتریکی، محافظ فرکانس و مکانیکی توجه زیادی را به خود معطوف کرده اند. این مواد به طور گسترده در سیستم های مختلف مانند کامپوزیت ها مورد استفاده قرار می گیرند که به دلیل خواص استثنایی و قیمت پائین آنها می باشد.




    شکل 7- ساختار انوع نانوالیاف های کربنی.

    8-1- نانولوله های کربنی (Carbon Nanotubes)
    از زمان کشف نانولوله های کربنی در سال ۱۹۹۱، این ساختار ها به دیل خصوصیات منحصر به فرد در زمینه های بسیار متنوعی مورد توجه قرار گرفته اند [17-19]. نانولوله های کربنی از واحدهای کربنی sp2 تشکیل شده اند. آنها یک ساختار یکپارچه با شبکه های شش وجهی لانه زنبوری با قطر چند نانومتر و طول چند میکرومتر دارند. دو گروه از نانولوله های کربنی وجود دارند: نانولوله های کربنی چند جداره (Multi-Walled Carbon Nanotubes) و نانولوله های کربنی تک جداره (Single-Walled Carbon Nanotubes) و [20]. نانولوله های کربنی چند جداره را می توان به صورت لوله های گرافنی متراکم و نزدیک به هم با لایه های متعددی از ورقهای گرافنی تعریف کرد که با حفره ای با قطر به طور معمول 2 تا 25 نانومتر متحدالمرکز با فاصله 0.34 نانومتر از هم جدا شده اند [20].
    نانولوله کربنی تک جداره از یک ورقه گرافیتی تک که به طور یکپارچه پیچیده شده است تشکیل شده و یک استوانه با قطر 2-1 نانومتر را ایجاد کرده است.
    نانولوله های کربنی می توانند مانند فلزات یا نیمه رسانه ها عمل کنند و با توجه به ساختار، قطر و چرخش خواص فلزی یا نیمه رسانا داشته باشند .مجموعه اندازه، ساختار و توپولوژی نانولوله ها باعث ایجاد خصوصیات مکانیکی و سطحی مهم در این ترکیبات می شود [26،19،21] ساختار نانولوله های کربنی سراسر از کربن های هیبرید شده sp2 تشکیل شده است که به طور قابل توجه از کربن های هیبرید شده sp3 در الماس قویتر هستند. در واقع نانولوله های کربنی پایداری شیمیایی خوبی دارند و دارای استحکام کششی منحصر به فرد (۱۰۰ برابر بیشتر از استیل و ۱۰ برابر قویتر ازKelvar (مارک تجاری برای فیبر های سنتزی پارا آمید.))و مدول یانگ بالا (مدول الاستیسیته: نسبت تنش به کرنش مواد جامد خطی در پایین تر از استحکام تسلیم، استحکام تسلیم :میزان تنشی که باعث آغاز تغییر فرم پلاستیک یا شارش ماده می شود) (۷ برابر استیل) می باشند [22]. علاوه بر این نانولوله های کربنی با مساحت سطح تا 1500m2g-1 از آلومینوم سبک تر است و تا دماهای بالای 1000 درجه سانتیگراد
    پایداری حرارتی دارد و هدایت حرارتی آن 6000W mK-1 است که دو برابر الماس می باشد. مهم این که الکترونها بسته به نحوه آرایش نانولوله های کربنی به طور متفاوتی در طول نانو لوله حرکت می کنند که باعث ایجاد خصوصیات نیمه رسانه یا فلزی در این مواد می شود [22].

    1-8-1-روش های شناخته شده برای تهیه نانولوله های کربنی [22].
    فرساب یا قطع لیزری (Laser ablation)
    تخلیه قوس الکتریک (Electric ARC discharge)
    تجزیه کاتالیزوری هیدروکربن ها
    تبدیل CO با فشار بالا (HIPCO)
    لایه نشانی بخار شیمیایی مواد آلی فلزی (MOCVD)

    در این روش CNT با کایرالیته، قطر و طول متفاوت سنتز می شود. به علاوه، کربنهایی که در ساختار CNT شرکت نکردهاند و باقیمانده کاتالیستهای فلزی در محصول نهایی وجود دارند. ذکر این نکته حائز اهمیت است که خارج کردن محصولات فرعی و ناخالصی ها نسبت به تهیه این ترکیبات بسیار پرهزینه تر می باشد.

    9-1- گرافن (Graphene)
    گرافن ورقه ای دو بعدی (2-D)
    از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی می باشد که اتم ها با هیبرید SP2 به هم متصل شده اند [25-23]. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است (شکل 8). این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با °120 است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند (شکل 8). البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ای تغییر می‏کند که در آن پنجضلعی‏ها و هفتضلعی‏ هایی نیز ایجاد می‏شود. طول پیوند کربن ـ کربن در گرافن در حدود 0.142 نانومتر است[26،27]. گرافن تک لایه ساختار زیر بنایی برای ساخت ساختارهای کربنی می باشد که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل میدهند. بر هم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصله ی بین صفحه ای 0.335 نانومتر میباشد. اگر تک لایه گرافنی حول محوری لوله شود نانو لوله کربنی شبه یک بعدی واگر به صورت کروی پیچانده شود فولرین شبه صفر بعدی را شکل میدهد[26].





    شکل 8- ساختار اتمی صفحه گرافن: در این شکل اتم‏های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده ‏اند [1].

    لازم به ذکر است که انواع دیگر کربن شامل کربنهای آمورف، کربن شیشه ای (Glassy Carbon)، کربن سیاه (Carbon Black)،کربن های متخلخل (Porous Carbon) و غیره به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته اند.

    2 - نتیجه گیری
    فرمهای مختلف کربنی میتوانند از نظر ساختار و خصوصیات بسیار متفاوت باشند. ساختارهای گرافن به عنوان یکی از اصلی ترین فرم های کربن معرفی شده اند. گرافن پایه بسیاری ترکیب های دیگر نظیر گرافیت، نانولوله کربنی و فولرین است.






    منابـــــع :

    • 1. Geim, a K.; Novoselov, K. S., “The rise of graphene”, Nature Material, Vol.6, pp.183–191, (2007).
    • 2. Pumera, M.; Ambrosi, A.; Bonanni, A.; Chng, E. L. K.; Poh, H. L., “Graphene for Electrochemical Sensing and Bio Sensing”, Trends in Analytical Chemistry, Vol.29, pp.954–965, (2010).
    • 3. Zoski, C. G. Handbook of Electrochemistry; First Edition.; Elsevier: Amsterdam, (2007).
    • 4. Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G. P., EKLUND, C. Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes, Elsevier Science, (1996).
    • 5. Fischer, A., Show, Y., Swain, G. M. “Electrochemical Performance of Diamond Thin-Film Electrodes from Different Commercial Sources”, Analytical Chemistry, Vol.76, pp.2553-2560. (2004).
    • 6. Moore, A.W., Jr. Walker, P. L., Thrower, E A. (eds.), Chemistry and Physics of Carbon, vol. 17, p. 233. Marcel Dekker, Inc., New York (1981).
    • 7. Moore., A.W., Jr.Walker, P. L., Thrower, P. A. (eds.), Chemistry and Physics of Carbon, vol. 11, p. 69. Marcel Dekker, Inc., New York (1973).
    • 8. Dennison, J. R., Holtz, M., Swain, G. M., “Raman Spectroscopy of Carbon Materials”, Spectroscopy Vol.11, pp.38-45, (1996).
    • 9. Wang, Y. D., Alsmeyer, C., McCreery, R. L., “Raman spectroscopy of carbon materials: structural basis of observed spectra’, Chemistry of Material, Vol.2, PP.557-563, (1990).
    • 10. Tunistra, F., Koenig, J. L., “Raman Spectrum of Graphite”, Journal of Chemical Physics, Vol.53, PP.1126-1130, (1970).
    • 11. Fort, R.C., Adamantane, Jr. the Chemistry of Diamond Molecules. Marcel-Dekker, New York, (1976).
    • 12. Zabel, H., Solin, S. A. (eds.), Graphite Intercalation Compounds I: Structure and Dynamics, Springer Series in Materials Science, vol.14. Springer-Verlag, Berlin, (1990).
    • 13. Dresselhaus, M.S., Dresselhaus, G., “Intercalation compounds of graphite”, Advances in Physics, Vol.30, pp.139-326, (1981).
    • 14. Harris, P. J. F., “Fullerene-related structure of commercial glassy carbons”, Philosophical Magazine, Vol.84, pp.3159-3167, (2004).
    • 15. Curl, R. F., Smalley, R. E., “Probing C-60”, Science, Vol.242, pp.1017-1022, (1988).
    • 16. Wikipedia®, Carbon nanofiber: [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...].
    • 17. Banks C. E., Compton, R. G., “New Electrode for Old from Carbon Nanotubes to Edge Plan Phyrolytic Graphite”, Analyst, Vol.131, pp.15-21, (2006).
    • 18. Iijima, S., “Helical microtubules of graphitic carbon”, Nature, Vol.354, pp.56-58, (1991).
    • 19. Dai, H “Carbon nanotubes: Synthesis, integration, and properties”, Accounts of Chemical Research, Vol.35, pp.1035-1044, (2002).
    • 20. Ajayan, P. M., “Nanotubes from carbon”, Chemical Review, Vol.99, pp.1787-1799, (1999).
    • 21. Rivas, G. A.; Rubianes, M. D.; Pedano, M. L.; Ferreyra, N. F.; Luque, G. L.; Rodríguez, M. C.; Miscoria, S. A., “Carbon Nanotubes Paste Electrodes. A New Alternative for the Development of Electrochemical Sensors”, Electroanalysis, Vol.19, pp.823-831, (2007).
    • 22. Sgobba, V., Guldi, D. M., “Carbon nanotubes—electronic/electrochemical properties and application for nanoelectronics and photonics”, Chemical Society Review, , Vol.38, pp.165–184, (2009)
    • 23. Geim, A. K., “Graphene: Status and Prospects”, Science, Vol.324, pp.1530–1534 )2009).
    • 24. Katsnelson, M., “Graphene: carbon in two dimensions”, Mater .Today, Vol.10, pp.20–27 )2007).
    • 25. Rao, C. N. R.; Biswas, K.; Subrahmanyam, K. S.; Govindaraj, A., “Graphene, the new nanocarbon”, J. Mater. Chem., Vol.19, pp.2457–2469 )2009).
    • 26. Wikipedia®, Graphene [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
    • 27. Heyrovska, R.; Atomic Structures of Graphene, Benzene and Methane with Bond Lengths as Sums of the Single, Double and Resonance Bond Radii of Carbon, (2008).
    خدایا!

    من اگر بد کنم تو را بنده ی دیگر بسیار است...

    تو اگر مدارا نکنی مرا خدای دیگر کجاست؟؟؟

    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...][Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]
  16. 5
نمایش نتایج: از 1 به 8 از 8

اطلاعات موضوع

کاربرانی که در حال مشاهده این موضوع هستند

در حال حاضر 1 کاربر در حال مشاهده این موضوع است. (0 کاربران و 1 مهمان ها)

کلمات کلیدی این موضوع

مجوز های ارسال و ویرایش

  • شما نمیتوانید موضوع جدیدی ارسال کنید
  • شما امکان ارسال پاسخ را ندارید
  • شما نمیتوانید فایل پیوست کنید.
  • شما نمیتوانید پست های خود را ویرایش کنید
  •