محققان نروژی در دانشگاه صنعتی نروژ اخیرا موفق شدند نیمه‌هادی‌هایی را روی گرافن رشد دهند نتایج این پروژه مهمترین یافته علمی نروژ در سال 2012 قلمداد می‌شود. در حال حاضر محققان این پروژه در حال استفاده از نتایج خود روی یک نمونه محصول اولیه هستند.
در دهه 1960 دانشمندان دریافته بودند که می‌توان گرافیت را لایه لایه کرد و در نهایت به یک محصول تک لایه‌ای به ضخامت یک اتم رسید آنها این محصول را گرافن نامگذاری کردند. در دهه 1990 دانشمندان موفق به ایجاد لایه‌ای به ضخامت 100 اتم شدند اما تا پیش از سال 2004 پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در این حوزه انجام نشد. در این سال دو دانشمند روس تبار در دانشگاه منچستر با استفاده از نوار چسب موفق به لایه برداری از گرافیت شدند آنها زمانی که محصول تولید شده خود را زیر میکروسکوپ مشاهده کردند دریافتند که ضخامت آن یک لایه اتمی است. اینگونه شد که گرافن متولد گردید. این دو دانشمند در سال 2010 به‌دلیل کار روی این موضوع و اثبات خواص منحصر به‌فرد گرافن جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند.
شش ماه پیش از این که دو دانشمند برای دریافت جایزه خود به سوئد بروند محققان نروژی دانشگاه صنعتی نروژ تصمیم گرفتند تا نگاه نزدیک‌تر و دقیق‌تری به این ماده داشته باشند. این پیشنهاد زمانی مطرح شد که محققانی از این دانشگاه موفق به رشد نانوسیم‌ها روی زیرلایه سیلیکونی شدند. این گروه درصدد برآمدند تا ببینند آیا می‌توان نانوسیم‌ها را روی گرافن به‌صورت مستقیم رشد داد. در تابستان سال 2012 این گروه موفق به این کار شدند. معمولا نیمه‌هادی‌های فعال روی صفحاتی با ضخامت یک میکرونی رشد می‌کنند اما محققان توانستند روی گرافن تک لایه‌ای آن را رشد دهند. نتایج این پروژه می‌تواند در صنعت الکترونیک بسیار مهم باشد به‌طوری که با این فناوری می‌توان پیل‌های خورشیدی و ادوات الکترونیکی را نازک‌تر کرد.
یافته‌های این تیم تحقیقاتی موجب شده علاقه چند شرکت به‌سوی این موضوع جلب شود. ویمان از محققان این پروژه می‌گوید ما در استفاده از گرافن درتحقیقات بنیادین پیش رو هستیم و در حال حاضر یک نمونه اولیه محصول حاوی گرافن را نیز تولید کرده‌ایم که احتمالا تا پایان سال 2013 آماده می‌شود. من معتقدم که جایگزینی سیلیکون توسط گرافن فرصت‌های زیادی را در صنعت الکترونیک ایجاد خواهد کرد.
نانوحسگری برای اندازه‌گیری گاز CO2 در غلظت کم
محققان با ترکیب نانوذرات معدنی با پلیمر موفق به ساخت حسگر گازی شدند که قادر است گاز دی‌اکسیدکربن را در غلظت‌های کم اندازه‌گیری کند. این حسگر قادر است از 0.04 درصد حجمی تا 0.25 درصد حجمی گاز دی‌اکسیدکربن را اندازه‌گیری کند.
محققان با استفاده از یک ساختار جدید موفق به تولید حسگری شدند که قادر است غلظت گاز دی‌اکسیدکربن را شناسایی کند. این گروه تحقیقاتی با این روش حسگری بسیار کوچک با ساختاری ساده ارائه کردند.
یک تیم تحقیقاتی از ETH زوریخ با همکاری محققانی از مؤسسه ماکس پلانک این حسگر را برای اندازه‌گیری مقدار دی‌اکسیدکربن ساختند. این حسگر در مقایسه با حسگرهای فعلی ساختار بسیار ساده و مصرف انرژی کمی دارد.
مواد به کار رفته در این حسگر می‌تواند با گاز دی‌اکسیدکربن برهمکنش نشان دهد؛ در اثر این کار، هدایت الکتریکی حسگر تغییر می‌کند. این حسگر ابعادی در حد یک تراشه دارد. پایه این کامپوزیت، رشته‌های زنجیره‌ای مولکولی (پلیمر) است که از نمک‌هایی موسوم به سیال یونی ساخته شده است. این سیال در دمای محیط به صورت مایع است.
پژوهشگران در سراسر جهان روی ساخت این پلیمرها که کاربردهای متعددی در صنایع مختلف نظیر باتری و ذخیره‌سازی دی‌اکسیدکربن دارند، کار می‌کنند . کریستوفر ویلا، از محققان این پروژه، می‌گوید: «ما برای اندازه‌گیری غلظت دی‌اکسیدکربن در محیط با دقت بالا، ساخت این حسگر جدید را شروع کردیم.»
برای ساخت این حسگر، محققان نوعی نانوذرات معدنی را درون این پلیمر قرار دادند. این نانوذرات قادراند با دی‌اکسیدکربن برهمکنش دهند. نه پلیمر به تنهایی و نه نانوذرات به تنهایی می‌توانند الکتریسیته را از خود عبور دهند، اما زمانی که این دو با یک نسبت مشخص با هم ترکیب شدند آنگاه هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت افزایش می‌یابد.
این که هدایت الکتریکی یک نانوکامپوزیت در دمای اتاق به غلظت دی‌اکسیدکربن وابسته است، بسیار جالب توجه است. این در حالی است که در حسگرهای فعلی مواد شیمیایی استفاده شده و نیاز به گرم شدن دارند.
این حسگر قادر است از 0.04 درصد حجمی تا 0.25 درصد حجمی گاز دی‌اکسیدکربن را اندازه‌گیری کند.
تقویت ساختار گرافن با اتم بور
پژوهشگران دانشگاه کلمبیا نشان دادند که گرافن می‌تواند با استفاده از بور تقویت شود. این گروه تحقیقاتی ثابت کردند که کربن می‌تواند هم با الکترون و هم با حفره تقویت شود، این موضوع برای توسعه الکترونیک مبتنی بر گرافن بسیار مهم است.
در فرآیند تقویت هم می‌توان به ماده الکترون افزود و هم می‌توان از آن الکترون گرفت. دو سال قبل یک تیم تحقیقاتی به رهبری ابهی پاسوپاتی نشان دادند که با استفاده از نیتروژن می‌توان گرافن را به صورت n تقویت کرد (تقویت n به معنای افزودن الکترون به ساختار ماده است-مترجم). این گروه تحقیقاتی اخیرا نشان دادند که در صورت افزودن اتم بور به ساختار گرافن می‌توان آن را به صورت p تقویت کرد (به این معنا که از ساختار گرافن الکترون زدوده می‌شود-مترجم). این نوع تقویت کردن در حال حاضر برای سیلیکون استفاده می‌شود، نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که دقیقا چنین تقویتی را می‌توان برای گرافن نیز استفاده کرد.
در تقویت نوع n، اتم‌های نیتروژن تغییر چندانی در ساختار پایه گرافن ایجاد نمی‌کنند. یافته‌های جدید این تیم تحقیقاتی نشان می‌دهد بور نیز مشابه همین رفتار را در گرافن دارد. با مقدار کمی فسفر می‌توان سیلیکون را تقویت کرد بدون این که ساختار بنیادین آن تغییر شگرفی کند.
این گروه تحقیقاتی روی فیلم‌های گرافنی که در دمای 1000 درجه بر روی فویل مس بلوری رشد کرده، تحقیقات خود را انجام دادند. آنها با استفاده از طیف‌سنج تونل‌زنی روبشی و تصویربرداری STM ساختار این ترکیب و خواص الکترونیکی آن را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که هر اتم بور دقیقا با سه اتم کربن همسایه خود پیوند ایجاد کرده است. طیف‌سنجی تونل‌زنی روبشی نیز نشان می‌دهد هر دو اتم بور مسئول بوجود آمدن یک حفره در ساختار گرافن است. نتایج این پژوهش در نشریه Nano Lett به چاپ رسیده است.
این پژوهش دیدگاه‌های تازه‌ای را به سوی اثرات الکترونیکی گرافن تقویت شده باز می‌کند که افزایش دامنه کاربرد این ماده کمک شایانی می‌کند. با استفاده از گرافن تقویت شده می‌توان الکترودهای شفاف تولید کرد، همچنین از ماده تقویت شده می‌توان به عنوان مراکز فعال در سطح ماده استفاده کرد به شکلی که می‌توان برای عامل‌دار کردن گرافن از این مراکز استفاده کرد. عامل‌دار کردن گرافن موجب می‌شود تا بتوان از این ماده در حسگرها استفاده کرد.
ساخت فیلتر های نانویی توسط محققی ایرانی
یک دانشمند ایرانی از دانشگاه واترلو به نام دکتر مرتضی احمدی که بنیان گذار شرکت Qindi Labs است، فیلتر هایی طراحی کرده است که نه تنها برای اکتشافات فضایی بلکه روی زمین هم بسیار کاربرد دارد. این فیلتر ها علاوه بر قابلیت جذب، می تواند باکتری ها و ویروس های موجود در مواد غذایی، آب و هوا را به کلی نابود کند.
علاوه بر آن، به خاطر فناوری نانو به کار رفته در فیلتر ها، اهمیت و محبوبیت آن را در آژانس فضانوردی کانادا دو چندان کرده است و به همین دلیل، این آژانس برای ادامه ی پروژه ی ساخت فیلتر های نانویی ۲۰۰ هزار دلار به پروژه اعطا کرد. دکتر احمدی در این باره گفت: در ابتدا در نظر داشتیم این فیلتر ها برای تصفیه خون بیماران دیالیزی به کار رود و جایگزینی مؤثرتر و مطمئن تر برای دستگاه دیالیز باشد اما امید است که در آینده در اکتشافات فضایی نیز از آن استفاده شود.
طبق بررسی های وزارت بهداشت و خدمات انسانی آمریکا، دستگاه دیالیز چند ساعت در هفته وقت بیمار را می گیرد و حدود ۶۰ هزار دلار برای بیمار هزینه می شود. همچنین حدود ۲ میلیون نفر از افراد در سراسر جهان دیالیزی هستند که با وجود گذشت پنج سال از شروع دیالیز، فقط ۴۰ درصد از افراد شانس زندگی دارند. آژانس فضایی کانادا در مورد فیلتر های ساخته شده توسط دکتر احمدی گفت:این فیلتر ها در آینده برای پاکسازی مواد غذایی فضانوردان از میکروب ها و ویروس ها بسیار کاربرد دارد و چون فیلترها، قطری بین یک تا ۱۰ نانومتر دارند هیچ ویروس یا میکروبی نمی تواند از آن عبور کند.
نظر دهید