تفاوت گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن - ایران گرافن

گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن هر دو نانو ذرات مبتنی بر کربن هستند که خواص و کاربردهای منحصر به فردی دارند. با این حال، گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن تفاوت های قابل توجهی بین این از نظر ساختار، خواص و کاربردهای بالقوه آن ها وجود دارد. در ادامه به مقایسه بین گرافن کوانتوم دات و گرافن اکساید پرداخته می شود:

ترکیب و ساختارگرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن:

• گرافن کوانتوم دات (GQDs):

GQD ها نانوذرات کربنی کوچک هستند که از گرافن به دست می آیند و اغلب اندازه های آن از چند تا چند ده نانومتر است. آن ها به طور معمول از یک ساختار گرافن چند لایه یا دارای عملکرد لبه تشکیل شده اند که به دلیل اندازه کوچک آن ها اثرات محدود کوانتومی منحصر به فردی دارند.

GQD ها ساختار کربن هیبرید شده sp2 گرافن را حفظ می کنند و خواص الکتریکی و حرارتی استثنایی آن را حفظ می کنند.

• اکسید گرافن (GO):

GO از گرافن از طریق اکسیداسیون شیمیایی به دست می آید که در نتیجه گروه های عاملی حاوی اکسیژن (مانند هیدروکسیل، اپوکسی و کربوکسیل) روی سطح آن وارد می شود. GO دارای ساختار لایه ای متشکل از صفحات گرافن تک لایه با گروه های عاملی اکسیژن متصل به شبکه کربنی است.

وجود گروه های عاملی اکسیژن در GO به طور قابل توجهی ساختار الکترونیکی آن را تغییر می دهد و بسته به میزان اکسیداسیون آن را به یک ماده عایق یا نیمه رسانا تبدیل می کند.

خواص و خصوصیات گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن:

1. گرافن کوانتوم دات (GQDs):

GQD ها خواص فلورسنت قوی با انتشار قابل تنظیم از طول موج های مادون قرمز نزدیک (NIR) تا فرابنفش (UV) نشان می دهند. این فلوراسانس به دلیل اثرات محصور شدن کوانتومی ایجاد می شود.

GQD ها درارای رسانایی الکتریکی استثنایی هستند که آن ها را برای کاربرد در الکترونیک، حسگرها و فیلم های رسانای شفاف مناسب می کند.

GQD ها به دلیل اندازه و اثرات لبه می توانند خواص نوری منحصر به فردی مانند دورنگی دایره ای و کایرالیته را ارائه دهند.

GQD ها به دلیل زیست سازگاری و خواص فلورسنت ، دارای پتانسیل در کاربردهای زیست پزشکی، از جمله تصویر بردای زیستی، تحویل دارو و سنجش زیستی هستند.

• اکسید گرافن (GO):

GO یک ماده عایق یا نیمه هادی است که به دلیل وجود گروه های عاملی اکسیژن شبکه کربن sp2 بدون فاصله گرافن را مختل می کند و شکاف های باند انرژی ایجاد می کند.

GO آبدوست است و به دلیل وجود گروه های اکسیژن آبدوست در آب و سیر حلال های قطبی قابل پخش است و پردازش و دستکاری آن را آسان می کند.

GO در مقایسه با گرافن واکنش پذیری شیمیایی و سازگاری بالاتری با مواد دیگر دارد و امکان عامل سازی و اصلاح از طریق واکنش های شیمیایی را فراهم می کند.

GO دارای انعطاف پذیری استثنایی و خواص مکانیکی استثنایی است که به آن اجازه می دهد به اشکال مختلف قالب گیری شود یا در مواد کامپوزیت گنجانده شود.

برنامه های کاربردی گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن:

1. گرافن کوانتوم دات (GQDs):

GQD ها کاربردهایی در تصویر برداری زیستی پیدا می کنند، زیرا سیگنال های فلورسنت ساطع می کنند و دارای زیست سازگاری هستند که امکان تجسم سلول ها و بافت ها را فراهم می کند.

GQD ها را می توان در دستگاه های اپتوالکترونیکی، از جمله دیودهای ساطع کننده نور، (LED)، آشکارسازهای نوری و سلول های خورشیدی به دلیل ویژگی های نوری قابل تنظیم استفاده کرد.

GQD ها در دستگاه های ذخیره انرژی، مانند باتری ها و ابر خازن ها به دلیل ظرفیت ذخیره سازی شارژ بالا و نرخ شارژ-و دشارژ سریع، قابل استفاده هستند.

GQD ها برای استفاده در سیستم های کاتالیز، سنجش و دارورسانی با بهره گیری از خواص نوری و شیمیایی منحصر به فرد آن ها مورد بررسی قرار می گیرند.

• اکسید گرافن (GO):

GO در زمینه هایی مانند غشاها، فیلتراسیون آب و فن آوری های جداسازی به دلیل پراکندگی عالی و خواص نفوذ وابسته به اندازه استفاده می شود.

GO در تولید دستگاه های ذخیره انرژی از جمله باتری های لیتیوم یونی و ابرخازن ها با بهره گیری از سطح بالای آن و خواص انتقال یون استفاده می شود.

GO به عنوان پیش ماده ای برای سنتز اکسید گرافن احیا شده (rGO)، ماده ای با هدایت الکتریکی بهبود یافته، برای کاربردهای الکترونیکی و مرتبط با انرژی استفاده می شود.

GO در کاربردهای زیست پزشکی مانند حامل های دارورسانی، داربست های مهندسی بافت و دستگاه های تجزیه و تحلیل زیستی استفاده می شود و از زیست سازگاری و عملکردی آن بهره می برد.

روش های تولید گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن

1. گرافن کوانتوم دات (GQDs):

GQD ها را می توان با استفاده از روش های مختلفی مانند رسوب شیمیایی بخار، لایه برداری الکتروشیمیایی و سنتز شیمیایی تولید کرد. در روش سنتز شیمیایی، ابتدا اکسید گرافن از گرافیت با استفاده از روش هامرز اصلاح شده یا فرآیند اکسیداسیون مشابه سنتز می شود. سپس اکسید گرافن با استفاده از یک عامل احیا کننده مانند هیدرازین یا بوروهیدرید سدیم برای تشکیل GQD احیا می شود. اندازه و شکل GQD ها را می توان با تنظیم شرایط واکنش مانند دما، زمان و غلظت پیش ماده کنترل کرد.

• اکسید گرافن (GO):

از سوی دیگر GO معمولا با استفاده از روش هامرز یا فرآیند اکسیداسیون مشابه سنتز می شود. در این روش گرافیت با استفاده از مخلوطی از اسیدهای قوی و عوامل اکسید کننده مانند اسیدسولفوریک، پرمنگنات پتاسیم و نیترات سدیم اکسید می شود. GO حاصل دارای گروه های عاملی حاوی اکسیژن مانند گروه های هیدروکسیل، کربوکسیل و اپوکسی در سطح خود است. GO را می توان با کاهش یا عملکرد برای به دست آوردن خواص و کاربردهای مختلف پردازش کرد.

به طور خلاصه، گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن نانو مواد متمایز مبتنی بر کربن با ساختار، خواص و کاربردهای متفاوت هستند. گرافن کوانتوم دات ها دارای اثرات محدود کوانتومی منحصر به فرد، فلورسانس قوی و رسانایی الکتریکی هستند که آن ها را برای کاربردهای نوری، زیست پشکی و انرژی مناسب می کند. از سوی دیگر گرافن اکساید یک شکل اکسید شده از گرافن با رفتار عایق یا نیمه رسانا، قابلیت پراکندگی افزایش بافته است. گرافن کوانتوم دات و اکسید گرافن کاربردهای بالقوه در غشاها، ذخیره انرژی و زیست پزشکی دارد.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965119300042

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

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128035818041333