گرافن[1] ورقه ای دو بعدی (2D) از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی (لانه زنبوری) است. اتمهای کربنی درگرافن با هیبرید SP2 به هم متصل شده اند [4-1]. گرافن جدیدترین عضو خانوادهی مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد. این خانواده شامل فولرن به عنوان نانوماده ی صفر بعدی (0D)، نانولوله های کربنی به عنوان نانومادهی یک بعدی (1D) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی 3D)) می باشد. اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال 1986 معرفی شد که از ترکیب کلمهی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای اشاره دارد ایجاد شد. غیر از گرافن تک لایه و دولایه، لایه‌های گرافنی از 3 تا 10 لایه را به نام گرافن کم لایه[2] و بین 10 تا 30 لایه را به نام گرافن چندلایه، گرافن ضخیم[3] و یا نانو بلورهای نازک گرافیتی، می‌نامند [6-5].
با در نظر گرفتن توجه دانشمندان به گرافن و امید به کاربردهای مختلف آن در آیندهی نزدیک، تلاش های تحقیقاتی زیادی به روش های تولید، درک ساختار و خواص گرافن اختصاص داده شده است که در ادامه به آن اشاره خواهد شد.
1-2 خواص و کاربردهای گرافن
گرافن طبیعی یک شبه فلز یا یک نیمرسانا با گاف نواری صفر است و همچنین دارای تحرک پذیری الکترونی بسیار بالا در دمای اتاق می باشد. عدم وجود گاف در ساختار نوارهای انرژی باعث میشود که الکترونها مانند فرمیونهای بدون جرم نسبیتی رفتار کنند به همین دلیل سرعت حاملهای بار در آن بیشتر از نیمرساناها از جمله سیلیکون است. خواص نوری منحصر به فرد گرافن، موجب بروز یک شفافیت بالای غیرمنتظره برای یک تک لایهی اتمی شده است. یک تک لایه ی گرافن از نور سفید فرودی بر روی خود را جذب می کند که در آن α ثابت ساختار ریز شبکه می باشد [8-7]. گرافن تک لایه همچنین به عنوان یکی از قویترین مواد در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن این خواص جالب جدید گرافن انتظار می رود که مرزهای جدیدی در زمینه ی کاربردهای گرافن باز شود [9]. برخی از کاربردهای گرافن میتواند موارد زیر باشد [10]:
- استفاده شدن به‌جای فیبرهای کربن در کامپوزیت‌ها که نتیجتاً باعث ایجاد هواپیماها و ماهوارهای سبکتر میگردد.
- استفاده شدن به‌جای سیلیکون‌های نیمرسانا در ترانزیستورها بدلیل خواص رسانشی فوق العاده گرافن. در این ماده الکترونها می توانند 100 برابر سریعتر از الکترونهای حاضر در سیلیکون حرکت کنند به همین علت به طور بالقوه گرافن میتواند کاربردهای زیادی در صنایع الکترونیک داشته باشد. این ماده در حال حاضر اصلیترین رقیب سیلیکون به شمار می رود.
- جاسازی کردن گرافن در پلاستیک که میتواند پلاستیک مذکور را رسانا کند.
- امکان بالابردن دوام باتری‌ها با استفاده از غبار گرافنی.
- کاربرد در الکترونیک نوری.
- ایجاد پلاستیک‌هایی سخت‌تر، مستحکم‌تر و سبکتر.
- کاربرد به‌عنوان پوشش شفاف رسانا برای سلول‌های خورشیدی و نمایشگرها.
- مزیت اصلی گرافن در این است که میتواند نور و الکتریسیته را از خود عبور دهد.
- ایجاد توربین‌های بادی کارآمدتر.
- ایجاد ایمپلنت‌های مستحکم‌تر (پزشکی).
- کاربرد در تجهیزات ورزشی.
- ایجاد ابرخازن‌ها.
- کاربرد برای پیشرفت صفحات و نمایشگرهای لمسی و انعطاف پذیر.
- کاربرد در نمایشگرهای بلور مایع(LCD) .
- کاربرد در دیودهای گسیل نور (LED) و دیودهای ارگانیک گسیل نور (OLED)
- ساخت جوهرهای رسانا برای پوشش.
دانلود تحقیق بررسی خواص ساختاری و الکترونی هیبرید گرافن