بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، نانوصفحات کریستالی مغناطیسی گرافن-کبالت - GO/Co - و گرافن-کبالت-مس - GO/Co/Cu - با روش سایش الکتروشیمیایی ورقه گرافیت در یک محلول یونی، طی یک مرحله تولید شده است. از محلول کبالت - - II کلراید برای ساخت GO/Co و از دو محلول کبالت - - II کلراید و مس - - II سولفات برای ساخت GO/Co/Cu به عنوان محیط الکترولیت استفاده شده است.
با این روش ما توانستیم نانوذرات مغناطیسی کبالت و مس را به راحتی روی صفحات گرافن لایهنشانی کنیم و تاثیر اضافه کردن نانوذرات فلزی مس را در پاسخ مغناطیسی نانو صفحات کریستالی دوبعدی-مغناطیسی GO/Co مشاهده کنیم.نمونههای تولید شده با استفاده از تحلیل XRD، UV-Vis، AFM و GMR مورد مطالعه قرار گرفته است.
مقدمه
گرافن، یک شبکه دو بعدی از اتمهای کربن است که به صورت شش ضلعی - لانه زنبوری - به شکل هبیرید sp2 مرتب شدهاند .
1 گرافیت تک لایه، که به نام گرافن شناخته میشود، به علت ساختار خاص دو بعدی، ضریب هدایت بالا، تحرک بالای الکترون و مساحت سطح بالا یک ماده مهم به شمار می رود. به عنوان مثال، گرافن به علت ویژگیهای ذکر شده در ساخت ابرخازنها و لامپهای LED به کار میرود
.2 همچنین اخیرا از کامپوزیتهای مبتنی بر گرافن به عنوان ضد ویروس، ضد باکتری و ضد نماتیک در پاکسازی آب استفاده شدهاست
.3 در حال حاضرمحققان ثابت کردهاند که اضافه کردن یک یا چند عنصر دیگر به گرافن، از جمله Fe و همچنین عناصری چون Cu، Mn، Ba، Ni، Zn ، Co و برخی عناصر خاک کمیاب و ساخت ترکیبهای مختلف میتواند باعث بهبود عملکرد میرایی ریزموجها در گرافن شود
.4 از دیگر دلایل استفاده از عناصر ذکرشده میتوان به خاصیت پارامغناطیس بالای این عناصر و بالا بودن ظرفیت جذب سطحی نانوذرات آنها اشاره کرد
.5محققان به روشهای گوناگونی مواد Co-Cu محور را برای اندازه گیری GMR ساخته اند .6 در این پژوهش نانوذرات GO/Co و نانوذرات GO/Co/Cu به روش سایشالکتروشیمیایی ساخته شدهاند. در چند سال اخیر روش سایشالکتروشیمیایی گرافیت به دلیل زیست پذیری، سهولت، سرعت و کیفیت بالا توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است.
در نهایت دو نمونه ساخته شده با آنالیزهای XRD، UV-Vis، AFM و GMR مورد بررسی قرار گرفتهاند. پس از انجام آنالیز GMR بر روی دو نمونه GO/Co و GO/Co/Cu، مشاهده شد که اضافه کردن مس به نمونه GO/Co و تولید GO/Co/Cu منجر به مشاهده تغییرات مقاومت با تغییر میدان مغناطیسی در دمای اتاق در این نمونه میشود در صورتیکه این اثر در نمونه GO/Co در شرایط مشابه، مشاهده نمیشود.
نتایج و بحث
XRD به منظور مشخصهیابی ساختار بلوری و فازهای کریستالی تشکیل شده، از نمونههای ساخته شده الگوی پراش پرتو ایکس گرفته شده است - شکل . - 1 فازهای کریستالی مربوط به کبالت و گرافیت در نمونه GO/Co به خوبی قابل مشاهده است. با توجه به نمودار GO/Co/Cu میتوان دید که پس از اضافه کردن مس به نمونه، قلههای جدیدی پدیدار میشوند که در نمونه GO/Co نبودند. این قله ها نشان دهنده ساختار کریستالی fcc فاز فلزی مس هستند.
روش آزمایش
برای ساخت نانوصفحات کریستالی GO/Co و GO/Co/Cu به روش الکتروشیمیایی در محلول یونی، از یک ورقه گرافیت به عنوان کاتد - با ابعاد - 10×2 cm و یک ورقه پلاتین به عنوان آند - با ابعاد - 10×0/5 cm، که در فاصله 2/7 cm از هم قرار گرفته-اند، استفاده شده است. انرژی لازم برای انبساط و متورق شدن ورقه گرافیت با دادن ولتاژ 10 V به الکترودها تامین می شود. این فرآیند از دو محلول Cl2Co و CuSO4 ، در غلظت 0/1 M، انجام شده است و به مدت سه ساعت به طول میانجامد.
ابتدا نانوکریستالهای دوبعدی اکسید گرافن-کبالت به این روش تهیه شده و در نمونه بعدی نانوکریستالهای دوبعدی اکسید گرافن-کبالت-مس به همین روش ساخته میشود. برای اینکه با انباشتگی بیش از حد دو ترکیب GO/Co و GO/Co/Cu روی الکترود پلاتین، سرعت و میزان تشکیل نانوذرات کاهش نیابد، هر 20 دقیقه یکبار آزمایش متوقف و سطح پلاتین تمیز شده است. در پایان زمان انجام آزمایش به منظور حذف نمکهای اضافه، محصولنهایی با آب دوبار یونیزه شده شستوشو داده شده و به مدت 50 دقیقه داخل گاز آرگون و در دمای 200 ⁰C داخل کوره خشک شده است. در نهایت خواص این دو نمونه مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند.
شکل:1 الگوی پراش پرتو ایکس نانوصفحات کریستالی GO/Co/Cu و نانوصفحات کریستالی GO/Co
به منظور بررسی ویژگیهای اپتیکی نانوصفحات کریستالی دوبعدی-فلزی از هر دو نمونه تهیه شده آنالیز UV-Vis گرفته شده است. به ازای هر کدام از آنالیزها یک پیک در طول موج 230 nm و یک شانه در طول موج 331 nm دیده میشود که مربوط به اکسید گرافن میباشد.9 همانگونه که در شکل 2 قابل مشاهده است، میتوان گفت میزان جذب در نمونه GO/Co/Cu نیز بیشتر است که احتمالا به دلیل وجود نانوذرات مس در این نمونه میباشد.
شکل:2 طیف سنجی UV-Vis نانوصفحات کریستالی GO/Co و GO/Co/Cu AFM با توجه به آنالیز انجام شده بر روی نمونه GO/Co، میتوان گفت که این نمونه صفحات اکسید گرافنی را نشان میدهد که نانوذرات کبالت لابهلای این صفحات قرار گرفتهاند - شکل . - 3a در مورد نمونه GO/Co/Cu نیز میتوان گفت علاوه بر این که نانوذرات کبالت و مس لابهلای صفحات اکسید گرافن قرار گرفتهاند، روی این صفحات نیز نانوذرات مس دیده میشوند - شکل . - 3b وجود نانوذرات مس در خواص فیزیکی و مغناطیسی نمونه موثر بوده که در ادامه بیشتر مورد بررسی قرار میگیرد.
شکل- 3 تصاویر AFM نانوصفحات کریستالی GO/Co : - a - و : - b - GO/Co/Cu GMR پس از اندازهگیری بر نمونه GO/Co، در دمای اتاق و میدان 370 mT هیچ رفتاری که نشان دهنده تغییرات مقاومت با تغییر میدان مغناطیسی باشد در این نمونه مشاهده نشد. در نمونه GO/Co/Cu در شرایطی همانند شرایط نمونه قبل و زمانی که میدان موازی با جریان عبوری از نمونه قرار داشت، اثر مقاومت مغناطیسی خیلی بزرگ Giant Magnetoresistance - GMR - مشاهده شد و نموداری مطابق شکل4 پدید آمد. نسبت GMR در چنین سیستمی مطابق با معادله زیر محاسبه میشود
از مقایسه پاسخ مغناطیسی دو نمونه GO/Co و GO/Co/Cu میتوان نتیجه گرفت وجود نانوذرات فلزی مس میتواند پراکندگی ها را افزایش داده و در نتیجه موجب مشاهده پاسخ مغناطیسی به صورت مشاهده تغییر مقاومت در برابر تغییر میدان مغناطیسی خارجی در دمای اتاق در نمونه Gr/Co/Cu شود.
شکل :4 نمودار مقاومت مغناطیسی خیلی بزرگ GO/Co/Cu
