ارائه روش نوين صنعتي و تک مرحله اي براي توليد گرافن از گرافيت

 در سال هاي اخير روش هاي متعددي براي سنتز اين ماده با رويکردهاي از بالا به پايين و پايين به بالا بکار گرفته شده است. روش بالا به پایین شامل تجزیه پیش ماده های مناسب کربنیک از طریق روش های شیمیایی، الکتروشیمیایی و فیزیکی است که برای تبدیل فیبر کربن (CFها) یا گرافیت به گرافن، با استفاده از اکسایش یا لایه برداری اسیدی، واکنش های هیدروترمال و واکنش های سالووترمال، سنتز با کمک مایکروویو، اکسایش الکتروشیمیایی و سایر تکنیک ها بکار گرفته می­شود.

 مهرداد مهکام از اساتید دانشگاه شهید مدنی آذربایجان شرقی است که موفق به ارائه روش نوين صنعتي و تک مرحله اي براي توليد گرافن از گرافيت شده است.

وی در گفتگو با علم و فناوری، اظهارداشت: در روش پایین به بالا می توان از طریق یک سری واکنش های شیمیایی با شروع از مولکول های آلی کوچک با تکنیک های متعددی مانند پیرولیز، کربونیزاسیون، سنتز آلی مرحله ای و باز کردن قفسه ای فلورن ها، گرافن تهیه کرد که هر یک از روش های اشاره شده در بالا دارای محدودیت های فراوان و استفاده از دستگاهها و تکنیک­های خاص برای تولید گرافن می­باشد.

 این پژوهشگر، با بیان این که روش هامر يکي از پرکاربردترين روش ها در توليد گرافن در آزمايشگاه مي باشد، ابرازداشت: این روش، داراي محدوديت هاي فراوان از قبيل استفاده از مواد سمي و خطرناک مانند اسيد سولفوريک و پرمنگنات و مواد اکسنده خطرناک ديگر مي باشد.

 وی ادامه داد: در هامر علاوه بر سمي و خطرناک بودن مواد استفاده شده هزينه بالا و راندمان بسيار پايين و زمان بر بودن فرايند يکي از محدوديت هاي اين روش مي باشد. همچنین در حین تولید گرافن با روش هامر احتمال انفجار سیستم به دلیل استفاده از پرمنگنات و مواد اسیدی و اکسنده وجود دارد.

 مهکام، خاطرنشان ساخت: در گرافن های تولید شده با هامر و اغلب روش­های دیگر ماهیت و مورفولوژی اصلی صفحه های گرافنی موجود در گرافیت اولیه از بین می رود. مثلا در روش هامر سطح گرافن تولید شده سرشار از گروه­های کربوکسیلیک اسیدی، ­اپوکسیدی­ و­ هیدروکسیدی ­می­گردد.

وی با اشاره به این که در روش نوين و صنعتي ما به صورت تک مرحله اي گرافن را از گرافیت تهیه نمودیم، عنوان کرد: راندمان بسيار بالای گرافن، تک مرحله ای بودن واکنش و استفاده از مواد ارزان  از ویژگی های منجصر بفرد روش ابداعی ماست که گرافن بدست آمده بدليل عدم استفاده از هيچ گونه اکسنده در طي تهيه، داراي سطحي عاري از گروه هاي عاملي است که در روش هامر مشاهده مي شود.

 این استاد دانشگاه، افزود: همچنين در اين کار پژوهشي از هيچ دستگاه خاصي براي توليد گرافن استفاده نشده است. نکته جالب توجه اين است که اين روش براي اولين بار در مجامع علمي و صنعتی داخلی و خارجی ارائه مي شود.

 وی با تاکید بر این که در روش جدید ارائه شده از مواد شیمیایی کاملا ارزان و در دسترس استفاده شده است و مواد استفاده شده سمیت خیلی کمتری در مقایسه با مواد استفاده شده در سایر روش­ ها را دارد، تصریح کرد: در روش نوین ارائه شده تلاش برای جداسازی حالت لایه ای گرافیت و تبدیل آن به ورقه­های گرافنی بدون هیچ گونه تغییر در سطح و گروههای عاملی آن می­باشد. لذا گرافن حاصل از این روش پایداری حرارتی بسیار بالایی دارد.

  مهکام، بابیان این که، در روش هامر به دلیل استفاده از انواع مواد اکسنده و اسیدی، سطح گرافن­های حاصله سرشار از گروه­های  عاملی می­باشد، گفت: به همین دلیل پایداری حرارتی این گرافن­ها پایین بوده و در دمای حدود 160-100 درجه سانتی­گراد به دلیل حضور گروه­های عاملی اکسیژن ­دار شروع به تخریب می­کنند. بنابراین گرافن­های تهیه شده با این روش پایداری دمایی کمتری دارند.

وی یادآور شد: در حال حاضر دو روش تولید صنعتی گرافن ارائه گردیده که روش نوین و ابداعی ما ارزان ترین و سبز ترین روش تولید گرافن موجود در دنیاست.

A ) گرافیت  B ) گرافن