گرافن؛ ماده اي با خصوصيات منحصر به فرد

به گزارش کلیک، دانشمندان دانشگاه بركلي اولين تئوري آماري شناخته شده براي سختي بلور گرافن را كه با روش رسوب بخار شيميايي بوجود مي آيد مورد بررسي قرار داده و متوجه استحكام آن شدند (البته میزان استحکام آن به اندازه گرافن ذاتی تك كريستالي نیست) اما مهمتر از آن مسئله سختي يا مقاومت در برابر شكستگي است كه بسيار كم است. مقاله آنها تحت عنوان "سختي و استحكام نانو كريستال گرافن" در مجله Nature Communications به چاپ رسيده است.

رابرت ریچی دانشمند دانشگاه برکلی اظهار داشته است: به طور حتم، این ماده بسیار مستحکم است، اما میزان سختی آن کم است- کمتر از الماس و کمی بیشتر از گرافیت خالص . استحکام بسیار بالای آن چشمگیر است، اما نمی‌توان لزوماً از این خصوصیت آن بهره برد مگر اینکه در برابر شکست مقاومت داشته باشد.

ریچی که یکی از متخصصین برجسته در رشته علوم مواد دانشگاه برکلی است، با همراهی تیمی از محققین موسسه تحقیقاتی میلر توانستند برای درک بهتر و پیش‌بینی رفتار گرافن یک مدل آماری برای سختی پلی کریستال گرافن ارائه دهند.

در این تحقیق از یک مدل ریاضی برای مواد مبتنی بر ساختار نانو استفاده شده است. ریچی می گوید: ما دریافتیم که میزان استحکام تا حدودی با اندازه ذره تغییر می‌کند، اما آنچه در این مدل برای ما مهم بود تعریف مقاومت در برابر شکست بود.

سختی، مقاومت مواد در برابر شکست مواد و استحکام، مقاومت در برابر تغییر شکل مواد اغلب به صورت متقابل دارای ویژگی های ناسازگار هستند. ریچی در ادامه بیان داشت: ساختار یک ماده دارای سختی است و ما به سادگی نمی‌توان قدرت مواد را در ساختارهای بحرانی استفاده کنیم - ما سعی می‌کنیم از سختی مواد استفاده کنیم. هنگامی که شما به ساختاری مانند یک مخزن تحت فشار در راکتور هسته‌ای نگاه می کنید، می بینید که به جای استفاده از یک فولاد با قدرت فوق‌العاده زیاد از یک فولاد با قدرت کم استفاده شده است. سخت‌ترین فولاد در ساخت ابزاری مانند چکش استفاده می شود، اما به دلیل ترس از اتفاقات ناگوار هیچ وقت از چنین موادی در ساختارهای بحرانی استفاده نمی شود.

باید توجه داشت که با توجه به ساختار قابل اطمینان و خصوصیات مکانیکی گرافن، امروزه در بسیاری از کاربردهای پیش روی مانند صفحه نمایش انعطاف پذیر الکترونیکی، پوشش مقاوم در برابر خوردگی و دستگاه های بیولوژیک استفاده از گرافن پیشنهاد می گردد.

اگرچه شاید گرافن تک کریستالی خالص نقص کمتری داشته باشد، اما تیم تحقیقاتی دانشگاه برکلی در این مطالعه از پلی کریستال گرافن به عنوان ماده‌ای ارزان که با روش رونشانی بخار شیمیایی یا CVDحاصل می شود استفاده کردند.

وی در ادامه اشاره داشت: نتایج بدست آمده حاصل اقدامات تجربی بوده است. نتایج بدست آمده به صورت تجربی نشان می دهد که می توان یک توپ فوتبال را بر روی یک ورق تک کریستالی گرافن قرار داد بدون آنکه ورق شکسته شود. به نظر می آید توپ فوتبال بسیار سنگین تر از آن باشد که ورق گرافنی بتواند تحمل آن را داشته باشد و ورق تک کریستالی گرافن تنها توانایی قرارگیری یک توپ پینگ پونگ را داشته باشد. این برای یک ماده تک اتمی ضخیم بسیار قابل توجه است.

تیم تحقیقاتی ریچی در حال مطالعه بر روی تاثیر اضافه شدن هیدروژن به این ماده هستند. او می گوید: ما بسیاری از مسائل مربوط به شکست گرافن را نمی دانیم، بنابراین ما در حال تلاش برای کشف حساسیت این ماده به اتمهای دیگر هستیم. ما دریافتیم که شکاف گرافن در حضور هیدروژن با سهولت انجام می پذیرد.

منبع: phys.org