بخشی از مقاله
چکیده
در این کارتحقیقاتی گرافن به روش هامرز تهیه شد و برای تهیه سیال، در سیال پایه آب پراکنده شد. برای کاهیدن صفحات گرافن در سیال پایه از لیزر پالسی نانوثانیه - با طول موج 1064 نانومتر به مدت 5 دقیقه - استفاده شد. حدف عامل های اکسیژنی GO با استفاده از آنالیزهای UV-VIS و DLS بررسی شد. نتایج بدست آمده می تواند به کاربرد بیشتر لیزرپالسی در کاهیدن GO به عنوان روشی دوستدار محیط زیست کمک کند.
مقدمه
گرافن ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی میباشد. گرافن به علت داشتن خواص فوق العاده در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک پذیری حامل های بار، رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به مادهای منحصربه فرد تبدیل شده است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکون در نسل بعدی قطعههای فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده است و از این رو توجه کم سابقهای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده است.[1]
انواع مختلف گرافن شامل تک لایه، دو لایه و چند لایه، دارای کاربردهای بالقوه در زمینه های مختلف می باشند. گرافن سختترین و نازکترین مادهای است که بشر تاکنون بهآن دست یافتهاست. این ماده با وجود اینکه ساختار متراکمی دارد، به علت ضخامت بسیار اندکش که برابر با ضخامت یک اتم کربن است، نور را از خود عبور میدهد و از شفافیت بالایی برخوردار است؛ همچنین آسانی تهیه و رسانا بودن این ماده که حتی رساناتر از مس است و قابلیت آن در عبور دادن گرما و جریان الکتریسیته آنرا به گزینهای جدید برای استفاده در صفحههای نوری و کامپیوترها تبدیل کردهاست.
گرافن دارای چندین ویژگی است که آن را برای کاربرد های الکترونیک مطلوب می سازد. یکی از این خواص، قابلیت حرکت بسیار بالای حاملهای بار در آن است. الکترونها در گرافن نسبتا آزادانه حرکت میکنند. همچنین گرافن می تواند به یک تک مولکول گاز واکنش نشان بدهد و در نتیجه برای ساخت ماده ردیاب در حسگرها از جذابیت زیادی برخوردار است .[2]
تا به حال ورقه های اکسید گرافن با کاهنده های شیمیایی قوی مانند هیدرازین، بورهیدریدسدیم ویا گرمسازی در یک محیط احیاکننده، کاهیده می شدند.[3] دمای بالای مورد نیاز در کاهش حرارتی - معمولابیشتر از 500 درجه سانتیگراد - ، کاربردهای این روش را محدود میکند. کاهنده های شیمیایی قوی مانند هیدرازین، برای زندگی انسان و محیط زیست خطرناک هستند. برای مثال، هیدرازین خواص بسیار خورنده، قابل انفجار و سمی دارد. تا کنون روش های سازگار با محیط زیست، مثل ویتامین C، ملاتونین، قند، گلوکز و ... به عنوان روشی بدون ضرر برای کاهش GO، پیشنهاد شده است.[4]
آزمایش
به منظور تهیه گرافن، 2گرم پودر گرافیت را با 50 میلی لیتر اسید سولفوریک مخلوط کرده و سپس 6 گرم پرمنگنات پتاسیم به آرامی به محلول اضافه کردیم. از آنجایی که واکنش گرمازا بود، محلول را در حمام یخ قرار داده و نیم ساعت به محلول فرصت داده تا مواد با یکدیگر ترکیب شوند و با گذشت زمان محلول به سبز لجنی متمایل می شود. در ادامه محلول را زیر هود قرار داده و به آن آب دیونیزه اضافه می کنیم و بخار بنفش رنگی از محلول خارج می شود.
پس از گذشت نیم ساعت به محلول گرما می دهیم تا دمای آن به 50 درجه سانتی گراد برسد. و به مدت 5 ساعت در این دما بماند. در ادامه به محلول 34 میلی لیتر هیدروژن پراکساید اضافه کرده و به مدت 24 ساعت آن را هم می زنیم. سپس اسیدهای اضافه را به کمک سانتریفیوژ از محلول خارج کرده و 2 بار با HClرقیق و 2 بار با آب مقطر شست و شو می دهیم تا اسید های اضافی از محلول خارج شود. خمیر حاصله را تحت خلا 10 میلی بار به مدت 12 ساعت در دمای 80 درجه خشک نمودیم.
در ادامه 0/1 گرم از پودر به دست آمده را در 80 سی سی آب مقطر ریخته و 30 دقیقه در التراسونیک قرار دادیم. التراسونیک باعث ایجاد حباب های هوا میان صفحات اکسید گرافن می شود و با بزرگتر شدن تدریجی و ترکیدن، صفحات اکسید گرافن از هم جدا می شوند. در ادامه 20 سی سی آن را برای انجام آنالیزهای قبل از تابش لیزر جدا کرده و 60 سی سی آن را به مدت 5 دقیقه تحت تابش لیزر با طول موج 532 نانومتر و انرژی 50 میلی ژول قرار دادیم.
سپس آنالیز طیف سنجی مرئی - فرابنفش از محلول قبلاز تابش لیزر و بعد از تابش لیزر مورد مطالعه قرار داده شد. همچنین سایز نانوذرات توسط دستگاه تفرق دینامیکی نور برای هر دوحالت قبل از لیزر و بعد از تابش لیزر اندازه گیری شد. همچنین خواص اپتیکی نمونهها با استفاده از طیف فتولومینسانس در دمای اتاق بررسی شد.
نتایج و بحث
در قلههای جذب گزارش شده از محلول GO با روش اکسیداسیون شیمیایی ، معمولا یک قله در محدوده 231 nm وجود دارد. [3] علاوه بر این یک شانه در محدوده 300 نانومتر دارد که مربوط به انتقال * n است و به گروه های کربونیل نسبت داده می شود. با تابش لیزر جذب نوری افزایش می یابد و این پیک به سمت طول موجهای بیشتر جابه جا می شود.
آنالیز DLS ابزاری ارزشمند برای اندازه گیری تراکم اندازه نانوذرات در محلول است. اندازه نانوذرات نقش مهمی در تعیین رفتار حرارتی و انتقال حرارت در مایعات دارد. اگر گروه های عاملی اکسیژن دار کاهش یابند - تبدیل GO به RGO - ، این قله به محدوده 250 nm تا 270 nm جا به جا می شود.[4] همانطور که در شکل 3 دیده می شود بیشتر ذرات دارای اندازه ای در حدود 1000 نانومتر هستند. در شکل 4 مشاهده می شود که با تابش لیزر به محلول، با طول موج 1064 نانومتر و انرژی 50 میلی ژول سایز نانو ذرات به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
اما در شکل2تابش لیزر با طول موج 1064 nm باعث نمایان شدن قله و جا به جایی این قله به سمت طول موج های بیشتر شده است و این منزله کاهش گروه های عاملی اکسیژن دار است بنابراین با تابش نور لیزر با طول موج 1064 nm، GO به RGO تبدیل می شود. سوسپانسیون گرافن- آب قله جذبی در محدوده
235 نانومتر دارد که به خاطر انتقال- * است.
