يجد المهندسون طريقة جديدة لصنع الجرافين “المادة العجيبة” التي يمكن أن تغير العالم

اكتشف المهندسون طريقة جديدة لإنتاج الجرافين “المادة العجيبة”، وهو ما قد يسمح له أخيرًا بالاستفادة القصوى من إمكاناته.

وعندما تم اكتشافها من خلال تكوين طبقة واحدة من ذرات الكربون في عام 2004، أشاد العلماء بالمادة باعتبارها ثورة محتملة. إنها موصلة للغاية وقوية جدًا، ويقول الخبراء إنها يمكن أن تحول كل شيء بدءًا من تخزين الطاقة إلى الأجهزة الطبية والإلكترونيات الشخصية.

لكن هذه الإمكانية لم تتحقق بالكامل على الإطلاق. ويرجع ذلك جزئيًا إلى صعوبة صنعه بشكل نظيف وعلى نطاق واسع.

ومن المشاكل أنه من الصعب صنعه بشكل نظيف وبدون شوائب. لكن الباحثين يقولون إن العملية الجديدة تسمح بتصنيع الجرافين بطريقة نظيفة وقابلة للاختزال.

لقد فعلوا ذلك من خلال العمل على اكتشاف أن جودة الجرافين مرتبطة بالأكسجين. إذا كان هناك حتى جزء صغير من الأكسجين حولنا، فإنه يؤثر بشكل كبير على معدل نمو الجرافين ويعني أنه قد لا يكون من الممكن استخدامه.

وقال كبير الباحثين جيمس هون، من جامعة كولومبيا: “لقد أظهرنا أن إزالة كل الأكسجين تقريبًا من عملية النمو هو المفتاح لتحقيق تخليق جرافين CVD عالي الجودة وقابل للتكرار”. “هذا يعد علامة فارقة نحو إنتاج الجرافين على نطاق واسع.”

لقد صنع المهندسون الجرافين تقليديًا بطريقتين. يستخدم الأول الشريط اللاصق لتقشير طبقات من قطعة من الجرافيت حتى تصبح رقيقة بما يكفي لاستخدامها كجرافين، مما ينتج عينات نظيفة، ولكن على نطاق صغير يجعل من المستحيل استخدامها صناعيًا.

والآخر يسمح بمزيد من الإنتاج ويعرف باسم نمو الأمراض القلبية الوعائية. وهي تنطوي على تمرير غاز يحتوي على الكربون مثل الميثان على سطح نحاسي عند درجات حرارة عالية بشكل لا يصدق، مما يؤدي إلى تفكك الميثان ويجبر ذرات الكربون على إعادة ترتيبها في طبقة من الجرافين.

وهذا يتيح لهم أن يصل حجمهم إلى أمتار. لكنهم عانوا أيضًا من مشاكل تتعلق بجودتهم التي يمكن الاعتماد عليها.

وقد وجد الباحثون بالفعل أن أي أكسجين في هذه العملية من شأنه أن يبطئها أو حتى يحفر الجرافين بعيدًا. ومنذ ذلك الحين، يحاول المهندسون بناء أنظمة جديدة يمكنها التحكم في الأكسجين ومنعه من تقويض العملية.

الآن يقول العلماء أنهم قاموا بتحسين هذه العملية بشكل كبير، مما سمح للجرافين بالنمو بشكل أسرع وبشكل موثوق. ووجدوا أن الجرافين المُنتج أظهر أيضًا جميع السلوكيات الضرورية التي يمكن أن تسمح باستخدامه على نطاق واسع.

تم الإبلاغ عن هذا العمل في ورقة بحثية جديدة بعنوان “تخليق الجرافين القابل للتكرار عن طريق ترسيب البخار الكيميائي الخالي من الأكسجين”، المنشورة في المجلة. طبيعة.