گرافن اکساید (Graphite oxide) ماده اي دو بعدي است که به صورت تک لایه، با ساختار شش ضلعی و کریستالی ساخته شده است
که بر رويصفحاتش، گروه هاي اکسیژنی وجود دارد.
این ماده به دلیل وجود گروه هاي اکسیژنی و به هم ریختن ساختار اصلی گرافنی، ازخواص اصلی گرافن مانند رسانایی
(الکتریکی – حرارتی) خوبی برقرار نیست ولی به دلیل وجود گروه هاي اکسیژنی، توانایی برهمکنشی بهتري با مواد دارد
و این امکان را به ما می دهد که با پیوند هاي کووالانسی صفحات را به پلیمرها یا مواد دیگري، پیوند بزنیم.
این ماده همچنین از زیست سازگاري بهتري برخوردار است و می تواند در صنایع پزشکی کاربرد هاي بهتري از خود نشان دهد.
در واقع به هرکدام از این صفحات گرافیت که به شکل شش ضلعی به یکدیگر متصل هستند، گرافن گفته میشود. ب
دلیل نیروی بسیار زیاد پیوند های کووالانسی، گرافن با وجود نازک بودن، بسیار مقاوم و مستحکم است.
وجود الکترون چهارم خارج از صفحه(روی صفحه) باعث رسانایی بسیار زیاد گرافن میشود. گرافن جزو ساختارهای ابررسانا محسوب میشود.
مشخصات گرافن اکساید :
- رنگ: قهوه اي
- ضخامت لایه هاي گرافن <nm 2
- ابعاد ورقه هاي گرافن: >um 20
- درصد خلوص: >99%
- قابل ارائه در فرم محلو
- انواع ساختار های کربنی
روش های سنتز گرافن اکساید
روش های سنتز گرافن به دو دسته بالا به پایین و پایین به بالا تقسیم میشوند.
روش های بالا به پایین روشهایی هستند که مانند تراشیدن، از قطعات بزرگ، به قطعات کوچکتر میرسند
اما روشهای پایین به بالا روشهایی هستند که شامل چیدن تک تک اتم ها در کنار یکدیگر برای تشکیل ساختار نهایی میشوند.
روش های سنتز گرافن
روش سنتز گرافن به روش رسوبدهی شیمیایی فاز بخار(CVD)
در این روش، ماده اولیه که حاوی کربن است را به شکل بخار وارد محفظه ای که معمولا دارای دمای بالا و فشار پایینی است،
در این محفظه فعل و انفعالاتی صورت میگیرد که درنهایت منجر به رسوب محصول روی زیرلایه مورد نظر میشود
(بدین معنا که محصول، روی سطح زیرین که قصد نشاندن کربن روی آن را داریم، نشست میکند).
محصولات خروجی آن از طریق لوله خروجی، خارج میشوند. در این روش اغلب از تجزیه گاز اتیلن و رسوب دادن آن
روی سطح نیکل برای تولید گرافن استفاده میشود.
روش سنتز گرافن لایه لایه سازی میکرومکانیکی گرافیت
به این روش پوست کنی یا روش اسکاتلندی نیز گفته میشود. در این روش، لایه های گرافن از سطح دیگری جدا شده و روی سطح دیگری مینشینند.
در این روش ممکن است از میکروسکوپ نیروی اتمی AFM و یا نوارچسب برای جدا کردن لایه های گرافن از گرافیت استفاده کرد.
اساس این روش، تضعیف و جدا کردن پیوند های واندروالسی بین لایه های گرافن در ساختار گرافیت است.
روش سنتز گرافن تولید گرافن از اکسید گرافیت(روش هامرز)
در این روش ابتدا گرافیت را در معرض یک اسید یا اکسید کننده های قوی(میتواند ترکیبی از H2SO4، KClO3 و HNO3 یا
H2SO4، KMnO4 و H2O2 باشد) قرار میدهند تا اکسید شوند.
در این فرآیند گروههای مختلف اکسیژن دار زیادی به گرافیت میچسبند و تشکیل اکسید گرافیت میدهند.
بعد از آن به یکی از سه روش زیر، اکسید گرافیت را به گرافن تبدیل میکنند:
روش سنتز گرافن کاهش شیمیایی
اکسید گرافیت را وارد آب خالص یا دی متیل فرم آمید میکنند. به علت وجود گروه های عاملی قطبی و آبدوست بودن اکسید گرافیت،
آب جذب سطوح آبدوست آن میشود که در نهایت منجر به جدا شدن لایه ها از یکدیگر میشود.
در روشی دیگر، با استفاده از امواج فراصوت و هم زدن اکسید گرافیت در آب برای یک مدت طولانی، لایه های گرافن اکسید به شکل
کلویید در آب تشکیل میشوند.
در نهایت اکسید گرافن تهیه شده، با استفاده از NaBH4 احیا میشود و تک لایه های گرافن تشکیل میشوند.
روش سنتز گرافن کاهش گرمایی
در این روش اکسید گرافیت را درون کوره تا دمای 1050 درجه سانتی گراد حرارت میدهند که با نام کاهش گرمایی شناخته میشود.
روش سنتز گرافن احیای الکتریکی
در این روش نیز، اکسید گرافیت را در آب خالص یا دی متیل فرم آمید میریزند تا اکسید گرافن تشکیل شود.
سپس با اعمال پتانسیل الکتریکی حدودا 2/1 ولت نسبت به الکترود مرجع Ag/AgCl، گرافن روی الکترود کربن شیشه ای رسوب میکند.
روش سنتز گرافن استفاده از پرتو لیزری
در این روش یک پرتو لیزری به یک صفحه هدف از ماده اولیه کربنی برخورد میکند و باعث تشکیل لایه های گرافن میشود.
در این روش، لازم است که دما بسیار پایین باشد(از نیتروژن مایع استفاده میشود) تا در زمانی که پرتو به نمونه برخورد میکند،
با بالا رفتن دمای آن، نمونه نابود نشود. این روش با نام سایش لیزری شناخته میشود و به این شکل است که لایه های گرافن،
یکی یکی از سطح ساییده و جدا میشوند.
کاربردهای الکترونوری گرافن اکساید:
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.
دیگر کابردهای گرافن اکساید:
1 -کامپوزیت هایی بسیار سبک و محکم
2 -نانو کامپوزیت هاي پلیمري براي دستیابی به خواص مد نظر
3 -کاهش اشتعال پذیري پلیمرها
4 -فیلتراسیون قوي
5 -استفاده در پزشکی به عنوان نانو حامل دارو
6 -استفاده در مهندسی بافت براي ایجاد ساختارهایی زیست سازگار با سطح ویژه بسیار بالا
7 -انعطاف پذیري و Superelasticity
8 -پخش پذیري بهتر به دلیل وجود گروه هاي اکسیژنی در حلال ها
9 -احیا گرافن اکساید براي رسیدن به خواصی شبیه گرافن، در صورت مجبور بودن به تعویض گرافن با ماده اي دیگر
10 -بایو سنسورها
11 -خواص کاتالی
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.