روش جدید برای متصل کردن ورقه های rGO و فیلم های فوق العاده قوی بهم

بازدیدها: ۵۴

تیمی از محققان چینی استراتژی جدیدی برای متصل کردن نانوورقه های اکسید گرافن کاهش یافته یا rGO (reduced graphane oxide) به فیلم های گرافنی بسیار هادی، سخت و فوق العاده قوی گزارش کردند که در این روش تنها از مقدار بسیار کمی اتصالگر استفاده میشود. آنها نشان دادند که پل زنی عامل پیوند p-p بلند زنجیره بین نانوورقه های rGO مجاور میتواند بهبود قابل توجهی در خواص چندگانه از جمله استحکام کششی، مقاومت، رسانش الکتریکی، قابلیت محافظت EMI و مقاومت در برابر آسیب های مکانیکی را فراهم کند.

Qunfeng Cheng استاد دانشگاه Beihang در پکن میگوید: فیلم های گرافنی مان نه تنها استحکام کششی در حدود ۱.۱ GPa دارند، بلکه قابلیت های منحصربفردی در جذب انرژی مکانیکی، بار انتقالی و تداخل الکترومغناطیسی از خود نشان دادند که با فیلم های گرافنی که در دماهای بسیا بالاتر بادوام میشوند قابل مقایسه بوده و یا حتی بهتر هستند. فرایند ما از گرافیت طبیعی فراوان در طبیعت بعنوان ماده ی خام در دمای اتاق استفاده میکند. این استراتژی جدید میتواند الهام بخش تبدیل پودر گرافیت ارزان قیمت به فیلم های گرافنی ماکروسکوپی بسیار کارآمد باشد تا در آینده برای استفاده های تجاری مختلف بکار رود.

در این کار محققان از ساختار لایه ای، معماری فصل مشترک ایده آل ، رشد صدف مروارید (mother-of-pearl ) در دمای اتاق و لایه ی داخلی مرواریدوار بسیاری از صدف های حلزونی الهام گرفتند. صدف مروارید یک نمونه ی عالی از ماده ی طبیعی بسیار سخت است که برخلاف طبیعت شکننده ی اجزای سرامیکی شان، استحکام ساختاری از خود نشان میدهند.

چنگ خاطرنشان میکند که نانوکامپوزیت های برپایه ی گرافن با کارایی بالا، در گذشته از طریق استراتژی های مختلف طراحی فصل مشترک نشان داده شده اند. او اضافه میکند که با این حال، این نانوکامپوزیت های برپایه ی گرافن معمولا به دلیل کاهش هدایت الکتریکی بر اثر اضافه کردن اتصالگر عایق، خواص مکانیکی افزوده از خود نشان میدهد و مانع از کاربردهای علمی آنها میشود.

این تیم نشان دادند که پل زنی p بلند زنجیره میتواند بطور همزمان استحکام کششی، سختی، رسانش الکتریکی فیلم های گرافنی را افزایش دهد. آنها فهمیدند که کمتر از ۷% وزنی محتوی عامل پیوند p-p (پلیمریزاسیون BPDD) بهترین نتیجه را میدهد. فیلم های حاصل دارای مقادیر ثبت شده ی قابل مقایسه ای نسبت به نانوکامپوزیت های برپایه ی گرافن قبلا گزارش شده که با برهمکنش های مختلف فصل مشترک تحت شرایط محیطی پل زنی کردند، هستند.

چنگ اشاره میکند که پل زنی p بلند زنجیره در مقایسه با سایر استراتژی های طراحی فصل مشترک، نه تنها میتواند انتقال تنش بسیار موثر و فضای لغزشی زیادی برای نانوورقه های گرافنی فراهم کند بلکه جهت گیری نانوورقه های گرافنی را اعمال میکند که منجر به هدایت اکتریکی قابل توجهی در مقایسه با فیلم های گرافنی مقاوم شده در دمای بالا میشود.

این فیلم ها کاربردهای بسیاری دارند، برای مثال به عنوان مواد ساختاری به جای کامپوزیت های فیبری کربن در هوافضا یا به عنوان سایر مواد کاربردی در محافظ تداخل الکترومغناطیس، دستگاه های قابل حمل و الکترونیک پوشیدنی کاربرد دارند.

چنگ میگوید: بعلاوه، مکانیزم های استحکام و سختی میتوانند انگیزه ی غلبه بر درگیری برای دستیابی به استحکام و سختی، دو ویژگی ای که معمولا در مواد ساختاری و کامپوزیت های سنتی منحصربفرد هستند را میدهد.

بعد از این، محققان تلاش خواهند کرد که تکنیک تولید در مقیاس بزرگ را ارتقا دهند تا این استراتژی پل زنی را به کاربردهای تجاری تبدیل کنند. یه علاوه، آنها به تلاش خود برای بهبود فیلم های گرافنی با کارایی بالا ادامه میدهند مثل پل زنی فصل مشترک و بهینه سازی ساختار برای استفاده در محیط هایی با شرایط سخت مثل دمای فوق العاده بالا یا فوق العاده پایین.

خواص فیلم های گراقنی تیم هنوز پایین تر از نانوورقه ی گرافنی تک لایه است. بنابراین آنها به گشتن دنبال راه حل برای استحکام کششی بیشتر، سختی زیادتر و رسانش الکتریکی بالاتر فیلم های گرافنی در مقیاس ماکرو ادامه میدهند.

اگرچه، این فیلم های گرافنی در دمای اتاق کارایی بالایی از خود نشان میدهند، اما کارایی شان در شرایط سخت مثل خارج از فضا با پرتوهای شدید، و یا تغییرات مکرر دما، باید مورد بررسی های بیشتر قرار گیرد.

در آخر چنگ میگوید: چالش اصلی احتمالا چگونگی طراحی دقیق برهمکنش های فصل مشترک بین نانوورقه های گرافنی میکروسکوپی مجاور هم است برای رسیدن به استحکام کشسانی بیشترنسبت به نانوکامپوزیت های تقویت شده با فیبر کربنی موجود.