تولید ساختار اسفنجی با اکسید گرافن

محققان روشی ارائه کرده‌اند که با استفاده از آن اسفنج‌هایی از جنس اکسیدگرافن ساخته می‌شود. این ساختار اسفنجی نسبت به ساختارهای لایه‌ای عملکرد بهتری دارد.

مدت‌هاست که توجه دانشمندان معطوف به ترکیب کردن گرافن و مشتقات آن با ساختارهای سه بعدی ماکروسکوپی شده است؛ با این کار می‌توان قدم‌های تازه‌ای در بهره‌برداری از ورقه‌های گرافنی در حوزه‌های مختلف برداشت.

در حال حاضر بزرگترین مانع بر سر راه دانشمندان، یافتن راهی برای تولید انبوه این ماده است، بطوری که پس از تولید این مواد به یکدیگر نچسبند. نیروهای واندروالسی موجب بهم چسبیدن و متجمع شدن لایه‌های گرافن می‌شوند. جدا کردن این لایه موجب کاهش عملکرد این مواد شده و همچنین برخی خواص آن نظیر مساحت سطحی را کاهش می‌دهد.

بنابراین پژوهشگران بدنبال راهبردهایی هستند که با استفاده از آن مانع از چسبیدن گرافن‌ها به یکدیگر شوند. یکی از این راهبردها استفاده از پرکننده‌هایی نظیر سورفاکتانت‌ها، نانوذرات و پلیمرها است.

این گروه تحقیقاتی سال قبل راهبرد جدیدی را یافتند که در آن برای جدا نگه‌ داشتن ورقه‌های گرافنی از توپ استفاده کردند؛ این گروه نتایج کار خود را در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «Compression and Aggregation-Resistant Particles of Crumpled Soft Sheets» به چاپ رساندند.

البته پیش از این گروه‌های مختلفی بدون استفاده از پرکننده اقدام به تولید ساختارهای ماکروسکوپی گرافنی سه بعدی کرده بودند، اما مساحت سطحی آنها به‌ دلیل متجمع شدن گرافن کم بود. راهبرد جدیدی که اخیراً بکارگرفته شده، آن است که با استفاده از بخار هیدرازین، اکسید گرافن احیا شده ایجاد شود؛ این ساختار متخلخل بوده و لایه‌های گرافن در آن بصورت متراکم در کنار یکدیگر قرار می‌گیرد؛ از این ساختار انعطاف‌پذیر برای تولید ابر خازن‌ها و جاذب‌های آلی انتخابی استفاده می‌شود.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «A Leavening Strategy to Prepare Reduced Graphene Oxide Foams» در نشریه «Advanced Materials» به چاپ رسیده است.

اخیرا محققان فیلم‌های اکسید گرافن را به نحوی تولید کردند که لایه‌های اکسید گرافن درون مخزن منوهیدرات هیدرازین معلق است، پس از ده ساعت گرمادهی در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد لایه‌های اکسید گرافن به شکل ورقه‌هایی درآمده که حالت اسفنجی دارد؛ این ساختار سبک، متخلخل و دارای هدایت الکتریکی بالاست. کلید اصلی در تولید این ساختار جدید گرمادهی در محیط حاوی هیدروزین است. نقش بخار هیدرازین، کمک به احیای اکسید گرافن و تشکیل اکسید گرافن احیا شده است.

برخلاف اکسید گرافن احیا شده لایه‌ای، اکسید گرافن احیا شده اسفنجی عملکرد بهتری داشته و از آن بعنوان ماده انعطاف‌پذیر در جاذب‌های آلی استفاده می‌شود.