گرافن، کاربردها و روش های سنتز آن

گرافن، کاربردها و روش های سنتز آن

در این قسمت پروژه با موضوع گرافن، کاربردها و روش های سنتز آن به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.

قسمتی از متن پروژه را در زیر نشان داده شده است.

نانوذرات کربنی

کربن عنصری چهار ظرفیتی بوده و دارای سه ایزوتوپ می‌باشد که از این میان تنها دو ایزوتوپ آن پایدار است. توانایی اتم کربن در تشکیل شبکه‌های پیچیده، اساس شیمی آلی و مبنایی برای وجود حیات در عالم است. کربن به صورت یک عنصر، رفتارهای غیرمعمول و پیچیده در تشکیل ساختارهای گوناگون از خود نشان میدهد.

کربن بالاترین درجه تصعید را در بین تمامی عناصر دارد. فاقد نقطه ذوب بوده و یک نقطه سه‌گانه دارد. کربن اتمی دارای طول عمر بسیار کوتاهی است، بنابراین در ساختارهای چند اتمی متنوع با ساختارهای مولکولی مختلف پایدار می‌شود که آلوتروپ نامیده می‌شوند. خصوصیات فیزیکی کربن به فرم آلوتروپی آن وابسته است، به طور مثال الماس بسیار شفاف بوده درحالی‌که گرافیت تیره و سیاه رنگ است.

اتمهای کربن در ساخت ترکیبات مهم شیمیایی بسیاری شرکت دارند. ازاین‌رو پایه و اساس فناوری‌های مختلفی هستند. این اتمها عالوه بر ترکیب شدن با عناصر دیگر، می‌توانند با اتمهای کربن نیز پیوند دهند. اتمهای کربن ازنظر ترتیب پر شدن اوربیتالها، دارای ساختار الکترون ۱s22s22p2 هستند، بنابراین چهار الکترون آزاد دارند که امکان تشکیل چهار پیوند را برای این اتمها مهیا می‌سازد. پیوندهایی که این اتمها تشکیل می‌دهند، در ترکیبات گوناگون به شکلهای متفاوتی دیده می‌شود و بنابراین خواص متفاوتی نیز ایجاد می­کند [۱].

الماس، گرافیت، نانولوله و فولرن چهار ساختار مهم و شناخته‌شده کربن هستند (شکل ۱). این اتمها در ساختار الماس چهار پیوند یگانه کوالانسی ایجاد می‌کنند، یعنی هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند می­دهد؛ بنابراین از تمام چهار ظرفیت خود برای تشکیل پیوند استفاده کرده است. در ساختار گرافیت، نانولوله و فولرن نیز پیوندهای یگانه بین اتمهای کربن وجود دارد. با این تفاوت که هر اتم تنها با سه اتم دیگر پیوند میدهد و در نتیجه سه پیوند یگانه کوالانسی دارد. در این ساختارها اتم کربن از یکی ظرفیت‌های خود استفاده نمی‌کند. این ظرفیت خالی که در واقع یک الکترون اضافی است، میتواند به صورت خارج از صفحه­ای با دیگر اتمها تشکیل پیوند دهد. این ظرفیت آزاد یا معلق میتواند در شرایطی با گروه‌های عاملی یا دیگر اتمهای رادیکالی موجود در محیط نیز پیوند دهد [۲و۳].

چند سالی است که گرافن به یکی از جالب توجه­ترین موضوعات دنیای فناوری تبدیل شده است؛ مادهای سختتر از الماس، رساناتر از مس و با شفافیتی بالا که میتواند به بسیاری از عرصه­های علم و فناوری نفوذ کند. نمونه­ای از اهمیت گرافن را میتوان در اختصاص جایزه نوبل فیزیک به دو دانشمندی که مطالعات خود را بر آن متمرکز کرده بودند، دانست. مادهای که به گفته کنستانتین نووسلوف یکی از دو دانشمند مذکور، به مثابه یک معدن طلا است. حتی قبل از این که پیشگامان تحقیق بر روی گرافن، جایزه نوبل فیزیک را به خود اختصاص دهند، از این ماده به عنوان «حادثه بزرگ بعدی» یاد می­شد [۴و۵].

گرافن

اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال ۱۹۸۶ معرفی شد که از ترکیب کلمه گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه­ای اشاره دارد، ایجاد شد. نخستین بار در سال ۱۹۴۷، فیلیپ والاس در مورد گرافن موضوعاتی را مطرح کرد [۶]. پس‌ازآن زمان، تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفته بود، اما قضیه­ای به نام مرمین- واگنر در مکانیک آماری و نظریه میدان­های کوانتومی وجود داشت که ساخت یک ماده دو بعدی را غیرممکن و چنین ماده­ای را ناپایدار می­دانست [۷].

اما به‌هرحال، در سال ۲۰۰۴، آندره جیم و کنستانتین نووسلف از دانشگاه منچستر با استفاده از روش جداسازی مکانیکی لایه­های گرافیت توسط نوار چسب، موفق به ساخت این ماده شده و نشان دادند که قضیه مرمین – واگنر، نمی‌تواند کامل درست باشد[۸]. گفتنی است جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۱۰ نیز، به همین دلیل به آن‌ها تعلق گرفت. گرافن آلوتروپ دیگری از کربن است که از صفحه­ای دو بعدی با ضخامت یک اتم کربن در حالی که اتمهای کربن با هیبریداسیون SP2 به هم متصل شده­اند و در شبکه‌ای لانه زنبوری نظم گرفته­اند، ساخته‌شده است.

فهرست مطالب این پروژه در زیر نشان داده شده است:

نانوذرات کربنی

گرافن  

خواص گرافن   

روشهاي تولید گرافن    

اکسید گرافن   

تهیه و خواص گرافن اکسید      

منابع