گرافن و سوسپانسیون گرافن نوعی ماده مبتنی بر کربن است که دارای ویژگی های خاص و فوق العاده ای می باشد. اخیرا استفاده از آن مورد توجه قرار گرفته است و آن را برای کاربردهای مختلفی مناسب می کند. همین ویژگی های گرافن باعث شده است که استفاده از آن به صورت محلول های مبتنی بر گرافن به عنوان سوسپانسون گرافن نیز مورد توجه قرار گیرد.
سوسپانسیون گرافن یک مخلوط مایع حاوی ذرات کوچک گرافن است که در سراسر آن پراکنده شده اند. حلال سوسپانسیون گرافن معمولا آب، اتانول یا ترکیبی از هر دو است. گرافن نوعی ماده مبتنی بر کربن با خواص منحصر به فرد مانند رسانایی، استحکام و انعطاف پذیری بالا است که آن را برای کاربردهای مختلفی از جمله الکترونیک، ذخیره سازی انرژی و نانو کامپوزیت ها مفید می کند.
این سیستم تعلیق به ذرات گرافن اجازه می دهد تا به راحتی در مواد و پوشش های مختلف گنجانده شوند که می تواند عملکرد و خواص آن ها را افزایش دهد. سوسپانسیون های گرافن را می توان با استفاده از حلال ها و سورفکتانت های مختلف، بسته به کاربرد و نیازهای خاص، تهیه کرد. هدف از ساخت سوسپانسیون گرافن ایجاد مخلوطی پایدار و همگن از ذرات گرافن است که به راحتی بر روی سطوح اعمال شود یا در مواد مختلف گنجانده شود.
از دلایلی که برای ساخت سوسپانسیون گرافن می توان به آن اشاره کرد، افزایش سطح گرافن و افزایش خواص آن است. گرافن که یک آلوتروپ کربن دو بعدی با خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی استثنایی است، تمایل دارد به شکل جامد تجمع پیدا کند و توده های بزرگی را تشکیل دهد که سطح آن را کاهش داده و پتانسیل آن را محدود می کند. از طرف دیگر، سوسپانسیون ذرات را جدا نگه می دارد و به طور یکنواخت در محلول پراکنده می شود، مساحت سطح را افزایش می دهد و کار با آن را آسان تر می کند.
استفاده از گرافن معلق شده در محلول بر روی سطوح نیز آسان تر از گرافن جامد است و آن را برای ایجاد پوشش ها، فیلم ها و کامپوزیت های رسانا مناسب می کند. همچنین می تواند به عنوان جوهر رسانا برای چاپ دستگاه های الکترونیکی بر روی بسترهای مختلف استفاده شود.
یکی دیگر از مزایای سوسپانسیون گرافن این است که می توان آن را با مولکول های دیگر برای بهبود خواص یا سفارشی کردن کاربردهای آن کاربردی کرد. به عنوان مثال، گرافن را می توان با بیومولکول هایی مانند آنتی بادی ها یا آنزیم ها برای توسعه حسگرهای زیستی، سیستم های دارورسانی یا داربست های مهندسی بافت عامل دار کرد.
کیفیت و پایداری سوسپانسیون گرافن به عواملی مانند غلظت ذرات گرافن، نوع پخش کننده مورد استفاده و شرایط پردازش بستگی دارد.
برای تولید سوسپانسیون معمولا از سه ماده اصلی استفاده می شود: اکسید گرافن، یک حلال و یک سورفکتانت
اکسید گرافن: شکلی از گرافن است که دارای گروه های حاوی اکسیژن متصل به سطح آن است. اغلب در تولید سوسپانسیون های گرافن استفاده می شود، زیرا به دلیل ماهیت آبدوست آن در آب و سایر حلال ها بسیار پراکنده است.
حلال: حلال مایعی است که برای حل کردن و معلق کردن ذرات اکسید گرافن استفاده می شود. حلال هایی که معمولا مورد استفاده قراری می گیرند شامل آب و اتانول و سایر حلال های آلی از جمله حلال های فرار مانند تتراهیدروفوران، کلروفرم، استون یا تولوئن هستند.
سورفکتانت: ماده ای است که برای تثبیت سوسپانسیون با کاهش کشش سطحی بین ذرات گرافن و حلال استفاده می شود. از سورفکتانت های رایج می توان به Tween 20, PEG و SDS اشاره کرد.
برای تهیه سوسپانسیون گرافن، ابتدا اکسید گرافن در حلال پراکنده می شود، اغلب با استفاده از دستگاه سونیکاتور یا دیگر میکسرهای مکانیکی برای اطمینان از توزیع یکنواخت ذرات اکسید گرافن در حلال انجام می شود. سپس سورفکتانت اضافه شده و با آن مخلوط می شود تا از کلوخه شدن جلوگیری شود و از پایداری سوسپانسیون اطمینان حاصل شود. سپس از سوسپانسیون گرافن حاصل می توان برای کاربرد در طیف وسیعی از صنایع استفاده کرد.
سوسپانسیون گرافن کاربردهای مختلفی دارد که در اینجا به چند نمونه از آن ها اشاره می شود:
از کاربرد سوسپانسیون گرافن در بخش انرژی می توان به توسعه الکترودهای باتری با کارایی بالا، ابر خازن ها و سلول های سوختی اشاره کرد. آندها و کاتدهای مبتنی بر گرافن می توانند چگالی انرژی بالاتر، عمر چرخه طولانی تر و نرخ شارژ سریع تری نسبت به مواد سنتی در باتری های لیتیوم یون ارائه دهند. گرافن یک کاندید عالی برای الکترودهای رسانای شفاف در سلول های خورشیدی است. سوسپانسیون های گرافن را می توان برای پوشش دادن بسترها به منظور بهبود جذب نور و انتقال الکترون استفاده کرد. همچنین می تواند به عنوان یک کاتالیزور برای واکنش های تبدیل انرژی، مانند تولید هیدروژن از آب از طریق الکترولیز استفاده شود.
سوسپانسیون گرافن می تواند به عنوان یک عامل تقویت کننده در کامپوزیت ها استفاده شود. افزودن گرافن به ماده ماتریس می تواند خواص مکانیکی آن مانند استحکام کششی، مدول الاستیسیته و چقرمگی شکست را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. این به این دلیل است که گرافن دارای مساحت سطح بالا، خواص مکانیکی عالی و هدایت حرارتی و الکتریکی خوب است. استفاده از سوسپانسیون گرافن در کامپوزیت ها کاربردهای زیادی دارد، مانند صنعت های هوافضا، خودروسازی و الکترونیک. به عنوان مثال گرافن می تواند برای قطعات هواپیما، لاستیک های با کارایی بالا استفاده شود.
سوسپانسیون های گرافن در الکترونیک کاربردهای زیادی دارد که از جمله آن ها می توان به پوشش های رسانای شفاف و نیمه هادی ها اشاره کرد. سوسپانسیون های گرافن را می توان به عنوان یک پوشش رسانای شفاف در دستگاه های الکترونیکی مانند صفحه نمایش لمسی و نمایشگر استفاده کرد. این پوشش ها رسانایی بالایی دارند و می توانند عملکرد دستگاه ها را بهبود بخشند. همچنین از آن ها می توان برای ساخت نیمه هادی های با کارایی بالا برای دستگاه های الکترونیکی از جمله ترانزیستورها، حسگرها و سلول های فتوولتائیک استفاده کرد.
سوسپانسون های گرافن کاربردهای باقوه ای در دستگاه های زیست پزشکی مانند سیستم های دارورسانی، حسگرهای زیستی و مهندسی بافت دارد. خواص گرافن، از جمله سطح بالای آن و رسانایی الکتریکی، آن را به ماده ای جذاب برای این کاربردها تبدیل کرده است. از سوسپانسیون گرافن می توان برای ایجاد پوشش روی ایمپلنت های پزشکی برای بهبود زیست سازگاری و کاهش خطر عفونت استفاده کرد. همچنین می توان از آن برای ایجاد حسگرهای زیستی استفاده کرد که می توانند بیومولکول های خاصی را در مایعات بدن شناسایی کنند. علاوه بر این، تعلیق گرافن را می توان در داربست های مهندسی بافت گنجاند تا خواص مکانیکی و الکتریکی آن ها را بهبود بخشد.
از سوسپانسیون گرافن می توان در پوشش ها برای بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی آن ها استفاده کرد. استفاده از تعلیق گرافن در پوشش ها می تواند دوام، مقاومت در برابر خراش و مقاومت در برابر خوردگی پوشش را افزایش دهد. سوسپانسون گرافن همچنین می تواند هدایت حرارتی پوشش را بهبود ببخشد و آن را برای کاربردهای با دمای بالا مناسب می کند. علاوه بر این، سوسپانسیون گرافن می تواند رسانایی الکتریکی پوشش را افزایش دهد و آن را برای کاربردهایی مانند محافظ الکترومغناطیسی و پوشش های ضد الکتریسته ساکن مناسب می سازد.
به طور کلی سوسپانسیون های گرافن این پتانسیل را دارند که برای بهبود کاربرد در صنعت های مختلفی مورد استفاده قرار گیرند.
منبع:
این بخش به مباحثی در مورد کاربرد گرافن در نمایشگر ها میپردازد: نمایشگرها وسایل الکترونیکی هستند که اطلاعات بصری را به کاربران ارائه می دهند. آن ها معمولا در برنامه های مختلف مانند تلوزیون، مانیتور کامپیوتر، گوشی های هوشمند، تبلت ها و تابلوهای دیجیتال استفاده می شوند. انواع مختلفی از نمایشگرها وجود دارد که هر […]
صنایع ایران گرافن از سال 1398 با توجه به نیاز صنایع به گرافن اکساید و قیمت بسیار بالای آن در بازار تاسیس گردید.هدف این مجموعه تولید گرافن اکساید با بالاترین کیفیت و پایین ترین قیمت در جهان است.
تمامی حقوق متعلق به شرکت نانو تک سان راد می باشد.
[…] سال های اخیر، مواد گرافن در نساجی به دلیل خواص انقلابی آن محبوبیت پیدا کرده است. […]