Lazer kaynaklı grafen kompozitler: büyük uygulama potansiyeli!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesinden ve İsrail'deki Ben-Gurion Üniversitesinden bilim adamları, bir parti lazerle indüklenmiş grafen kompozit materyaller önerdiler.Bu kompozit materyaller, grafenin işlevini daha güçlü hale getiriyor ve daha büyük uygulama potansiyeline sahip.
arka fon
Günümüzde grafen, hayatın her kesiminin ilgilendiği yeni bir malzeme haline geldi ve hatta "yeni malzemelerin kralı" olarak ün kazandı. Tek bir karbon atomu katmanından oluşan bu bal peteği yapısı, grafene iyi elektriksel ve termal iletkenlik, yüksek mukavemet, kararlı yapı, iyi ışık geçirgenliği, ultra hafif ve ince gibi birçok mükemmel özellik kazandırır. Bu nedenle grafen, esnek elektronikler, yüksek verimli transistörler, yeni sensörler, yeni malzemeler, piller, süper kapasitörler, yarı iletken üretimi, yeni enerji, iletişim, terahertz teknolojisi, tıbbi tedavi, havacılık enerji teknolojisi, moleküler elektronikler gibi birçok alanda kullanılabilir.
(Fotoğraf kredisi: Tatiana Shepeleva / Shutterstock)
Grafenin büyük ölçekli üretimi ve ticari uygulaması için, yüksek kaliteli grafen hazırlama yöntemi çok önemlidir.Genel yöntemler şunları içerir: mikromekanik pul pul dökülme yöntemi, epitaksiyel büyütme yöntemi, grafit oksit azaltma yöntemi, kimyasal buhar biriktirme yöntemi vb. "Mikro-akışkanlaştırma yöntemi", "patlama yöntemi", "lazer indüksiyon yöntemi" ve benzeri gibi bazı yenilikçi hazırlama yöntemleri de vardır.
Bugün, önce Rice Üniversitesi kimyacısı James Tour'un laboratuvarında lazer kaynaklı grafen üretiminin araştırma sürecini gözden geçirelim.
Tour Lab, 2014 yılında sıradan ucuz plastik (poliimid) plakaları lazerle yakarak ilk kez "Lazer Kaynaklı Grafen (LIG)" üretti. Basitçe ifade etmek gerekirse, lazer kaynaklı grafen, tek bir karbon atomu katmanından oluşan pullu bir köpüktür. Lazer plastiğin yaklaşık yarısını yakarak üst kısmını birbirine bağlı grafen pullarına dönüştürürken, grafen pulları hala dibe bağlı. Oda sıcaklığında, lazerle indüklenen grafen, makroskopik desenler şeklinde üretilecektir. Bu işleme aşaması sadece malzemeye daha fazla özellik kazandırmakla kalmaz, aynı zamanda geleneksel kimyasal buhar biriktirme teknolojisine kıyasla çok daha düşük maliyetlidir.
(Resim kaynağı: Rice Üniversitesi / Tur Grubu)
Daha sonra Tour Lab, "uygun karbon içeriğine sahip her şeyin grafene dönüştürülebileceğine" inanıyordu. Geçen yıl şubat ayında, bu görüşe dayanarak, Tour'un laboratuvarı kağıt, giysi, kömür, kızarmış ekmek ve diğer eşyalarda lazer kaynaklı grafen üretmek için lazer kullanan yeni bir süreç geliştirdi.
(Fotoğraf kredisi: Rice Üniversitesi / Jeff Fitlow)
(Fotoğraf kredisi: Rice Üniversitesi / Jeff Fitlow)
(Fotoğraf kredisi: Rice Üniversitesi / Jeff Fitlow)
Hedef malzemeye yazılan lazerle indüklenen grafen modeli, süper kapasitörler, yakıt hücresi elektrokatalizörleri, RFID antenleri, biyosensörler vb. Üretmek için kullanılabilir. Örneğin, lazer kaynaklı grafen desenleri, üretim adresleri ve üretim tarihleri gibi bilgileri kaydeden RFID etiketleri olarak kullanılabilir ve ayrıca gıdalardaki E. coli ve diğer mikroorganizmaları tespit etmek için sensörler olarak da kullanılabilir. Ek olarak, ısıtmak için giysilere yerleştirmek gibi esnek bir giyilebilir elektronik cihaz olarak da kullanılabilir veya sensör ve iletken desenler eklemek için kullanılabilir.
Geçen yıl Haziran ayında, Rice Üniversitesi James Tour laboratuvarı, lazerle indüklenmiş grafenin iki boyutludan üç boyutluya bir sıçrama yapmasına izin vererek yeni bir ilerleme kaydetti. Lazerler ve grafen köpüğü yoluyla üç boyutlu lazerle indüklenmiş grafen üretmek için basit bir yöntem geliştirdiler.Bu yeni yöntem, katmanlı katı üretim teknolojisine dayanıyor. Bu üç boyutlu lazer kaynaklı grafenin, enerji depolama cihazları ve esnek elektronik sensörler gibi alanlarda kullanılması bekleniyor.
(Resim kaynağı: Rice Üniversitesi / Tur Grubu)
(Resim kaynağı: Rice Üniversitesi / Tur Grubu)
Yenilikçilik
Yukarıdaki çalışmalar, lazer kaynaklı grafenin kendisinin birçok ilginç özelliğe sahip olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, bir kompozit malzemenin parçası haline gelirse, lazer kaynaklı grafen de daha fazla potansiyel açığa çıkaracaktır.
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi'nde laboratuvar kimyacısı James Tour ve Negev, İsrail'deki Ben-Gurion Üniversitesi'nde profesör olan Christopher Arnusch, American Chemical Society'nin ACS Nano dergisinde bir grup lazerle indüklenmiş grafen kompozit malzeme önerdi. Malzeme, grafenin işlevini daha sağlam hale getirir.
Lazerle indüklenmiş grafen ve polistiren kompozitinin taranmış elektron mikroskobu görüntüsü. (Kaynak: Rice Üniversitesi / Tur Grubu)
teknoloji
Tur, geçen yıl Accounts of Chemical Research dergisinde lazer kaynaklı grafenin ilerlemesine dair bir genel bakışın diğer araştırmacılarla birlikte yazarı oldu. Dedi ki: "Lazerle indüklenmiş grafen harika bir malzeme, ancak mekanik özellikleri yeterince güçlü değil. Onu bükebilir ya da esnetebilirsiniz, ancak ellerinizle ovalayamazsınız, kırılır. Yaparsanız Sözde scotch tape testi bu materyalin çoğunu çıkarabilir. Ancak kompozit bir yapıya koyduğunuzda gerçekten güçlü hale gelir. "
Bu kompozit malzemeyi yapmak için araştırmacılar, poliimide bağlı lazerle indüklenmiş grafen üzerine ikinci bir malzemeden (plastik, kauçuk, çimento, balmumu veya diğer malzemeler) ince bir tabaka döktü veya sıcak presledi. Sıvı katılaştığında, polimidi arkadan soydular ve bir sonraki kullanım için sakladılar, geri kalanı gömülü, birbirine bağlı grafen tabakalardı.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
değer
Bu yeni kompozit malzemeler giyilebilir elektronik cihazlarda, ısı terapisinde, su arıtmada, antifrizde, buz çözmede, antibakteriyel yüzeyler oluşturmada ve hatta dirençli hafıza yapımında kullanılabilir.
(Resim kaynağı: Rice Üniversitesi / Tur Grubu)
Tour, esnek giysilerde kullanılan aktif elektronik cihazlar için yumuşak kompozit malzemelerin kullanılabileceğini, daha sert kompozit malzemelerin mükemmel süperhidrofobik (su geçirmez) malzemeler haline getirilebileceğini söyledi. Bir voltaj uygulandığında, 20 mikron kalınlığındaki bir lazer, yüzeydeki bakterileri öldüren bir grafen tabakasını indükler ve bu malzemenin sertleştirilmiş bir versiyonunu antibakteriyel uygulamalar için daha uygun hale getirir.
Sıvı katkı maddeleriyle yapılan kompozit malzemeler, lazerle indüklenen grafen levhaların iletkenliğini korumada en iyisidir. Deneylerde, bu malzemeler voltaj uygulandığında hızlı ve güvenilir bir şekilde ısınır. Bu, malzemenin buz çözme veya antifriz kaplama olarak veya yaraları tedavi etmek için esnek bir ısıtma plakası olarak kullanılması veya gerektiğinde ısıtma sağlamak için giysiye konması beklenen hale getirir.
Anahtar kelime
Grafen, giyilebilir cihazlar, lazerler
Referans
[1]
2 Duy Xuan Luong, Kaichun Yang, Jongwon Yoon, Swatantra P. Singh, Tuo Wang, Christopher J.Arnusch, James M. Tour. Çok Fonksiyonlu Yüzeyler Olarak Lazer Kaynaklı Grafen Kompozitleri. .8b09626
