کاربرد های گرافن کوانتوم دات - ایران گرافن

گرافن کوانتوم دات

گرافن کوانتوم دات (GQDs)  ذرات مبتنی بر کربن در مقیاس نانو و عضوی از خانواده گرافن هستند (فرم کریستالی کربن با ضخامت یک اتم که توسط پیوند سیگما در ساختار دو بعدی (2D) نگهداری می‌شود). این شامل یک یا چند لایه از صفحات گرافن با ابعاد جانبی کمتر از 10 میلی متر است که به عنوان یک نوع جدید از نانومواد درخشان با ابعاد صفر (0D) شناخته می شود. مواد مبتنی بر GQD به دلیل خواص منحصر به فرد فیزیکوشیمیایی و زیست سازگاری در زمینه های مختلفی مورد توجه قرار گرفته اند.

GQDها دارای مزایای غیر سمی بودن، حلالیت خوب، فوتولومینسانس پایدار و پیوند سطحی بهتر هستند، بنابراین آن ها را نامزدهای امیدوارکننده ای برای جایگزینی QD های معدنی می کند. علاوه بر این، کشف اخیر یک سنتز چند گرمی یک مرحله ای GQD از زغال سنگ و سایر منابع کربن، امکان تولید صنعتی در مقیاس بزرگ آن ها را باز می کند.

کاربردهای گرافن کوانتوم دات

GQD ها زیست سازگار، مقاوم در برابر تصویر، با پیوند سطحی پیشرفته هستند و خواص حرارتی، الکتریکی و مکانیکی برتر را از گرافن به ارث می برند. این ویژگی ها می توانند تا حد زیادی به برنامه های کاربردی مختلف کمک کنند، از جمله:

1. برچسب‌ها برای برنامه‌های امنیتی/ضد جعل/محافظت از برند:

گرافن کوانتوم دات ها می توانند به عنوان نشانگرهای پنهان و آشکار در برچسب های امنیتی برای شناسایی و ردیابی محصولات استفاده شوند. این نقاط فلورسنت ریز را می توان به جوهرها، رنگ ها یا پوشش های مورد استفاده برای علامت گذاری محصولات یا بسته بندی اضافه کرد. انتشار فلورسانس قابل تنظیم آن ها، شناسایی آسان از طریق طیف سنجی فلورسانس یا تکنیک های تصویر برداری را امکان پذیر می کند.

اندازه کوچک و خواص نورتابی پایدار آن ها امکان چاپ با وضوح بالا برچسب های شناسایی منحصر به فرد را بر روی چسب یا اسناد امنیتی می دهد. گرافن کوانتوم دات ها را می توان با جوهر مخلوط کرد یا در الگوهای نانو مقیاس گنجانید، که تکثیر آن ها دشوار است و به احراز هویت محصولات اصلی و جلوگیری از جعل کمک می کند.

GQD ها به دلیل اندازه کوچک و پایداری عالی می توانند برای اهداف امنیتی مخفی استفاده شوند. این جوهر ها می توانند در شرایط عادی نامرئی باشند، اما تحت نور با طول موج خاص یا با استفاده از گیرنده های مناسب قابل مشاهده می شوند. استفاده از GQD ها به عنوان نشانگرهای نامرئی، یک لایه امنیتی اضافی ایجاد می کند، زیرا ممکن است جعل کنندگان از وجود آن ها آگاه نباشند.

همچنین از GQD ها می توان برای احراز هویت محصولات برند و مبارزه با تجارت غیرقانونی استفاده کرد. با گنجاندن GQD در الگوی های منحصر به فرد یا چاپ آن ها بر روی هولوگرام یا بسته بندی  محصولات ، صاحبان برند می توانند با استفاده از اشکارسازهای تخصصی صحت محصولات خود را تایید کنند.

• باتری ها:

GQDها را می توان به عنوان یک ماده ابتکاری برای بهبود عملکرد باتری ها استفاده کرد. آن ها دارای مساحت سطح بالا، هدایت الکتریکی عالی و پایداری شیمیایی هستند که آن ها را برای استفاده در دستگاه های ذخیره انرژی مانند باتری های لیتیوم مناسب می کند. گرافن کوانتوم دات ها را می توان به عنوان مواد الکترود یا الکتروکاتالیست استفاده کرد که ظرفیت، پایداری و نرخ شارژ/ دشارژ باتری ها را افزایش می دهد. علاوه بر این GQD ها می توانند به دلیل ویژگی های منحصر به فردشان، توسعه باتری های انعطاف پذیر و سبک وزن را فعال کنند.

• دستگاه های حافظه فلش:

GQD ها به عنوان جایگزینی بالقوه برای مواد سنتی مانند سیلیکون در دستگاه های حافظه فلش ظاهر شده اند. ویژگی های الکترونیکی وابسته به اندازه و نورتابی قوی آن ها GQD ها را برای استفاده در ذخیره سازی حافظه غیرفرار ایده آل می سازد. گرافن کوانتوم دات ها را می توان به عنوان لایه های به دام انداختن بار در دستگاه های حافظه ادغام کرد زیرا توانای آن ها در به دام انداختن و رهاسازی کارآمد بارها است. این عملکرد بهبود یافته ای مانند سرعت خواندن/ نوشتن سریع تر، ظرفیت ذخیره سازی بالاتر و بهبود زمان نگهداری را ممکن می سازد.

• نشانگرهای تصویربرداری زیستی:

گرافن کوانتوم دات یک ماده امیدوارکننده برای نشانگرهای تصویربرداری زیستی به دلیل خواص منحصر به فردشان است. آن ها ساختارهای مبتنی بر کربن در مقیاس نانو با خواص نوری عالی، مانند بازده کوانتومی بالا و پایداری نور هستند. از این رو در نشانگرهای تصویربرداری زیستی کاربردهای زیادی دارند برای مثال:

کاوشگرهای فلورسنت: از GQD ها می توان به عنوان کاوشگر فلورسنت برای برچسب زدن و ردیابی بیومولکول ها یا سلول های خاص در سیستم های بیولوژیکی استفاده کرد. اندازه کوچک آن ها امکان درونی سازی آسان در سلول ها را فراهم می کند و آن ها را برای تصویربرداری سلولی مناسب می کند.

تصویربرداری چند رنگ: GQD ها را می توان مهندسی کرد تا با کنترل اندازه و شیمی سطح، نور را در طول موج های مختلف ساطع کنند. این ویژگی تصویربرداری چند رنگ را امکان پذیر می کند، جایی که ساختارها یا سلول های مختلف را می توان با رنگ های متمایز برچسب گذاری کرد و تشخیص و تمایز همزمان را تسهیل می کند.

زیست سازگاری: گرافن کوانتوم داتGQD ها می توانند زیست سازگاری عالی و سمیت سلولی کم را از خود نشان دهند، که آن ها را برای کاربردهای بیو تصویربرداری درون بدن مناسب می کند. آن ها را می توان به راحتی با لیگاندها یا انتی بادی های هدف قرار داد تا به طور خاص نشانگرهای زیستی یا بافت های خاصی را برچسب گذاری کنند.

• پلیمرهای فلورسنت:

پلیمرهای فلورسنت، پلیمرهای مصنوعی هستند که هنگام برانگیختن از خود نور فلورسانس ساطع می کنند. این پلیمرها در زمینه های مختلف همچون برچسب گذاری و ردیابی، تصویربرداری سلولی، تصویربرداری بافت و بیوسنسورها کاربرد پیدا کرده اند.

• سیستم های ضد باکتری، ضد رسوب زیستی و ضد عفونی:

گرافن کوانتوم دات ها به دلیل اندازه کوچک و سطح بالا دارای خواص ضد باکتریایی عالی هستند. آن ها می توانند با آسیب رساندن به دیواره های سلولی و غشاء آن ها را به کاندیدای بالقوه برای پوشش های ضد میکروبی روی دستگاه های پزشکی و ایمپلنت تبدیل کنند. GQD ها همچنین می توانند در کاربردهای ضد رسوب زیستی استفاده شوند، جایی که از چسبندگی و رشد بیوفیلم ها بر روی سطوح مانند سیستم های تصفیه آب یا فیلترهای هوا جلوگیری می کنند.

• سنسورهاس سنجش رطوبت، فشار و فلزات سنگین:

گرافن کوانتوم دات ها را می توان با مولکول ها یا پلیمرها خاص برای شناسایی و اتصال انتخابی یون های فلزات سنگین عامل دار کرد و روش حساس و کارآمد برای سنجش و حذف فلزات سنگین در نظارت بر محیط زیست و سیستم های تصفیه آب ارائه می کند. علاوه بر این GQD ها می توانند خواص نوری یا الکتریکی وابسته به رطوبت را از خود نشان دهند که آن ها را برای کاربردهای سنجش رطوبت مناسب می کند. آن ها همچنین می توانند به دلیل استحکام مکانیکی و انعطاف پذیری بالا در سنسورهای فشار ادغام شوند.

• سیستم های فتوولتائیک:

گرافن کوانتوم دات ها را می توان برای افزایش کارایی سلول های خورشیدی به عنوان حساس کننده یا به عنوان گیرنده الکترون در معماری سلول های خورشیدی ترکیبی استفاده کرد. GQD ها می توانند فوتون ها را در طیف گسترده ای از طول موج ها برداشت کننده و خواص انتقال بار عالی را از خود نشان دهند، که آن ها رابه مواد امیدوارکننده ای برای تبدیل انرژی خورشیدی نسل بعدی تبدیل می کند.

• دیود های ساطع کننده نور:

گرافن کوانتوم دات ها را می توان در دیودهای ساطع کننده نور (LED) به عنوان مواد تابشی استفاده کرد. آن ها خواص نورتابی قابل تنظیم را نشان می دهند، که امکان تولید نور رنگارنگ و کارآمد را فراهم می کند. GQD ها را می توان به عنوان لومینفرها یا به عنوان لایه های انتقال بار در LED ها استفاده کرد که جایگزین هایی با انرژی کارآمد و سازگار با محیط زیست برای مواد نیمه هادی معمولی ارائه می دهد.

به طور خلاصه، گرافن کوانتوم دات پتانسیل بالایی در طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله سیستم های فتوولتائیک و دیودهای ساطع کننده نور دارند. خواص منحصر به فرد و تطبیق پذیری آن ها باعث می شود تا برای این کاربردهای مختلف بسیار مناسب باشند.

لازم به ذکر است که با افتخار گروه ایران گرافن تولید کننده این ماده ارزشمند با کیفیت بالا و قیمت مناسب می باشد.

منبع:

https://www.sigmaaldrich.com/PL/pl/technical-documents/technical-article/materials-science-and-engineering/biosensors-and-imaging/graphene-quantum-dots

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/graphene-quantum-dot