تولید گرافن با خلوص بسیار بالا

گرافن به عنوان جزء و بلوک سازنده (building block) گرافیت، ماده‌ای خارق‌العاده است که به علت ساختار ساده و منظمش دارای ویژگی‌های قابل توجهی است. این ماده با وجود استحکام بسیار بالا در مقایسه با فولاد (200بیش از برابر) از انعطاف پذیری بالایی برخوردار است؛ این ویژگی‌ها گرافن را به گزینه‌ای مناسب برای توسعه‌ی طیف وسیعی از فناوری‌های مدرن از قبیل باتری‌های لیتیم-یون، سنسورها و الکترودهای رسانای شفاف برای سلول‌های خورشیدی انعطاف پذیر تبدیل می‌کند. لازمه‌ی این کار تولید گرافن با خلوص بسیار بالا از گرافیت با  روشی سریع و کارآمد است.

در سال 2015 محققان دانشگاه فلیندرز استرالیا موفق به ساخت دستگاهی شدند که از آن تحت عنوان دستگاه سیال گردابی (Vortex Fluidic Device) یاد می‌شود. یکی از کاربردهای اولیه‌ی این دستگاه فولدینگ پروتئین‌ها (Protein Folding) است. با این روش امکان فولدینگ مجدد پروتئین‌های فاقد ساختار عملکردی مناسب به پروتئین‌های فعال امکان‌پذیر می‌شود. این کاربرد در حوزه پزشکی و دارویی به ویژه پروتئین درمانی از اهمیت زیادی برخوردار است. کاربرد دیگر این دستگاه برش نانولوله‌های کربنی است که طی آن از تابش لیزر بر محلول (معمولا آب) حاوی نانولوله‌های کربنی برای برش و کاهش طول نانولوله‌ها استفاده می‌شود.

یکی از رویکردهای جدید که اخیرا مورد توجه محققان قرار گرفته، استفاده از این دستگاه برای تولید گرافن با خلوص بسیار بالاست. بر اساس گفته‌های Colin Raston، استاد دانشگاه فلیندرز و سازنده دستگاه، ”گرافیت از لایه‌های متعدد گرافن کریستالی تشکیل شده که امکان جداسازی آنها با استفاده از این دستگاه امکان پذیر است“. به گفته‌ی این محقق استفاده از روش‌های شیمیایی در تولید گرافن باعث ایجاد عیوب و تغییر خواص آن می‌شود. به همین دلیل تلاش بر استفاده از این دستگاه و شناسایی پارامترهای عملیاتی برای تولید گرافن است.

شماتیک دستگاه سیال گردابی مورد استفاده برای تولید گرافن بسیار خالص

دستگاه سیال گردابی که اخیرا برای تولید گرافن مورد استفاده قرار گرفته، دستگاهی است با ساختار بسیار ساده متشکل از یک راکتور (لوله) شیشه‌ای/ کوارتزی که با استفاده از یک موتور الکتریکی با سرعت بالا در حال چرخش است و نیروی برشی زیادی را بر محلول داخل راکتور اعمال می‌کند. طبق گفته Colin Raston، ”گرافیت به دلیل لغزش لایه‌های تشکیل دهنده‌ی آن بر روی یکدیگر به عنوان یک روان کننده جامد شناخته می‌شود“. بنابراین نیروی برشی تولید شده در این دستگاه از توانایی لازم برای جدا کردن لایه‌ها و تولید گرافن برخوردار است. از دیگر ویژگی‌های این دستگاه استفاده از چندین دستگاه به صورت موازی و یا طراحی با ابعاد بزرگتر برای افزایش تولید در مقیاس صنعتی می‌باشد.

شماتیک استفاده از چندین دستگاه سیال گردابی برای افزایش تولید در مقیاس صنعتی