پرچمدار گرافن یک پرچمدار فناوری آینده و نوظهور توسط کمیسیون اروپا است. در 3 آوریل 2020 آنها اعلام کردند که در حال انتقال به مرحله موسوم به “مرحله هسته 3” هستند، چهارمین چرخه تامین مالی ابتکار تحقیقاتی 1 میلیارد یورویی که توسط کمیسیون اروپا تامین می شود.
در این مرحله سه ساله از پروژه، پرچمدار گرافن انتظار دارد به سمت تجاری سازی گرافن و مواد لایه ای پیشرفت بیشتری کند. با توجه به تحقیقات بنیادی، Graphene Flagship Core 3 تمرکز ویژه‌ای بر تحقیقات نوآورانه خواهد داشت تا فناوری‌های مبتنی بر گرافن را به سطوح بالاتر آمادگی فناوری ارتقا دهد.
🔹ارائه دهنده: تیم تولید محتوای میراکنترل
گرافن چیست؟
گرافن را می توان به سه نوع مختلف تقسیم کرد: گرافن تک لایه، دو لایه و چند لایه:
- گرافن تک لایه خالص ترین شکل موجود با ویژگی های منحصر به فرد است. این ویژگی ها، گرافن (تک لایه) را به محصولی جذاب برای تعداد زیادی از کاربردها تبدیل می کند.
- گرافن دولایه و همچنین چند لایه ویژگی های دیگری (کمتر کیفی) دارد.
با افزایش تعداد لایه ها، تولید آن نیز به طور فزاینده ای ارزان تر می شود.
در این مقاله به گرافن تک لایه می پردازیم، زیرا تا امروز این نوع هنوز بهترین نتیجه را در تحقیقات مختلف می دهد.
گرافن اولین ماده دو بعدی جهان است که تنها از یک لایه اتمی کربن تشکیل شده است. همان ماده ای که در الماس و مداد استفاده می شود. اتم های کربن در گرافن در یک ساختار شش ضلعی رتبه بندی می شوند.
ویژگی های گرافن تک لایه
گرافن تک لایه با ویژگی های زیر مشخص می شود.
- 200 برابر قوی تر از فولاد
- 000.000 برابر نازکتر از یک تار موی انسان
- سبک ترین ماده جهان (1 متر مربع وزن حدود 0.77 میلی گرم)
- قابل انعطاف
- شفاف
- برای مولکول ها غیر قابل نفوذ
- هدایت الکتریکی و حرارتی عالی
همچنین می توان گرافن را با مواد دیگر مانند گازها و فلزات ترکیب کرد تا مواد جدیدی با خواص فوق الذکر تولید کند یا مواد موجود را بهبود بخشد.
در این مرحله هنوز روشی برای تولید گرافن در مقیاس بزرگتر در برابر هزینه های قابل قبول وجود ندارد. با این حال، این هنوز در حال تحقیق است.
روش های تولید گرافن
چند روش مختلف برای تولید گرافن وجود دارد. یکی از متداول ترین روش ها در تولید گرافن تک لایه، رسوب دهی بخار شیمیایی با افزایش پلاسما (PE-CVD) است. در این روش، مخلوطی از گازها – که در آن حداقل یک گاز حاوی کربن است – حرارت داده می شود تا پلاسما تشکیل شود. فلومتر ها و کنترل کننده ها در فرآیندهای CVD برای دوز دقیق گازها و مایعات استفاده می شوند.
در PE-CVD پلاسما یک لایه گرافن را روی یک بستر نیکل یا مس تشکیل می دهد. گرمایش در خلاء انجام می شود، اما می توان از یک فرآیند CVD سبزتر نیز استفاده کرد که در آن گرمایش تحت فشار اتمسفر انجام می شود. با استفاده از رسوب بخار شیمیایی می توان ورقه های بزرگی از گرافن تولید کرد.
ساختار مدل سه بعدی گرافن
برخی از پیش سازها مایعاتی هستند که ابتدا باید تبخیر شوند تا در فرآیند CVD به شکل گازی آن استفاده شوند. بسیار مهم است که پلاسما با نسبت و دقت درست ایجاد شود. این را می توان با استفاده از ابزارهای جریان بسیار دقیق به دست آورد. انحراف در پلاسما می تواند باعث نقص در لایه گرافن شود. نقص ها می توانند ناخالصی های ساختار دو بعدی باشند که می توانند خواص منحصر به فرد ماده را تغییر دهند.
تولید گرافن با کیفیت بالا با استفاده از تکنیک‌های مبتنی بر پلاسمای فشار اتمسفر
توزیع‌کننده اسپانیایی ، Iberfluid Instruments S.A، اخیراً با دانشگاه کوردوبا در تحقیقی برای بررسی فرصت‌های مربوط به تولید گرافن در مقیاس بزرگ با استفاده از تکنیک مبتنی بر پلاسما تحت فشار اتمسفر همکاری کرد. در این تحقیق اتانول با استفاده از سیستم تبخیر Bronkhorst، به اصطلاح سیستم تبخیر و اختلاط کنترل شده (CEM) تبخیر شد تا پلاسما تشکیل شود. با استفاده از سیستم تبخیر، مایعات مستقیماً تبخیر می شوند تا گاز مناسب برای پلاسما ایجاد شود. راه‌اندازی احتمالی چنین سیستم تبخیری می‌تواند شامل یک سیستم CEM با یک فلومتر مایع اضافی (یعنی جریان‌سنج جرمی Coriolis، از سری mini CORI-FLOW) برای اتانول، یک کنترل‌کننده جریان گاز (یعنی یک جرم EL-FLOW) باشد. کنترل کننده جریان) برای آرگون، که به عنوان یک گاز حامل و در نهایت یک شیر کنترل با دمای کنترل یا شیر مخلوط عمل می کند.
یک سیستم تبخیر مانند سیستم Bronkhorst CEM می تواند عملکرد عالی را از نظر پایداری و دقت ارائه دهد. این ویژگی ها تولید قابل اعتماد پلاسما را تضمین می کند که در نهایت منجر به گرافن با کیفیت بالاتر می شود.
در سند تحقیقاتی “تولید مقیاس پذیر گرافن از تجزیه اتانول توسط مشعل پلاسمای آرگون مایکروویو” توضیح داده شده است که چرا دانشگاه کوردوبا (ES) از سیستم تبخیر و اختلاط کنترل شده Bronkhorst در فرآیند تولید گرافن PE-CVD استفاده می کند.
زمینه های کاربرد گرافن
با توجه به مقدار زیادی از خواص منحصر به فرد، تحقیقات در زمینه های کاربردی متعدد صورت می گیرد. تمرکز اصلی بر روی گرافن تک لایه و دو لایه است. در حال حاضر به نظر می رسد که گرافن تک لایه هنوز بهترین نتایج را می دهد. در عین حال استفاده از به اصطلاح فلیک نیز مورد توجه قرار گرفته است. این ورقه‌ها قطعات ریز گرافن هستند که می‌توانند با مواد دیگری مانند پلیمرها مخلوط شوند. خواص این مواد را می توان با افزودن ورقه های گرافن بهبود بخشید که باعث می شود گرافن به طور گسترده در صنایع مختلف کاربرد داشته باشد. چند مثال بر اساس گرافن تک لایه:
- تصفیه آب: دانشمندان در حال حاضر در حال توسعه یک سیستم فیلتراسیون پیشرفته بر پایه اکسید گرافن هستند که برای قابل شرب کردن آب آلوده استفاده می شود.
- صنعت پزشکی: از آنجایی که گرافن برای بدن انسان سمی نیست، تحقیقاتی در مورد احتمال استفاده از گرافن در انتقال دارو در بدن، با اتصال دارو به گرافن، در حال انجام است. گرافن همچنین دارای خواص جلوگیری از تشکیل باکتری است که استفاده از آن را به عنوان پوشش برای ایمپلنت ها ایده آل می کند.
- صنعت انرژی: به دلیل سطح بزرگ و هدایت الکتریکی عالی، گرافن می تواند در ذخیره سازی انرژی استفاده شود. هدف این است که باتری‌های گرافن فشرده‌تر از آنچه اکنون هستند، در عین حال افزایش ظرفیت برای شارژ باتری‌ها در عرض چند ثانیه.
- صنعت نساجی: گرافن می تواند برای پردازش الکترونیک در منسوجات، مانند سنسورهای موثر، کارآمد و بسیار دقیق استفاده شود. علاوه بر این، پوشش‌های ضد خوردگی گرافن و جوهرهای رسانا می‌توانند ساخته شوند.
- صنعت نیمه هادی: به لطف رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب، گرافن امکاناتی را برای افزایش سرعت و ظرفیت تراشه ها (برای رایانه ها و تلفن های هوشمند) ارائه می دهد.
برای سفارش و یا خرید انواع محصولات ابزار دقیق و همچنین کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.
منبع:
