محققان موفق به تاباندن یک پرتوی لیزری بر روی تکه ای از چوب درخت کاج و سپس تولید گرافن شدند.

 گرافن در حالت معمول خود دارای ساختار دو بعدی است و چون در اصل یک ورق کربنی با ضخامت یک دالتون به شمار می رود، کاربرد خیلی زیادی در صحنه های عملیاتی نخواهد داشت. اکنون دانشمندان دانشگاه “رایس” با تاباندن یک پرتویی لیزری بر روی چوب درخت کاج، موفق به تولید گرافن شده اند.

تهیه گرافن بوسیله تاباندن پرتوی لیزری بر چوب درخت کاج

آنها در سال ۲۰۱۴ با حرارت دادن یک سطح پلیمری با استفاده از پرتوی لیزر، به دنبال تهیه فوم گرافنی با ساختار سه بعدی بر آمدند؛ محصول این مطالعه به گرافن لیزر محور یا “LIG” معروف شد اما مشکلی که وجود داشت، تهیه این ماده بوسیله یک پلاستیک خاص به نام “پلیمید – Polymide” بود.

با این حال، محققان به تازگی دریافته اند برخی از چوب ها به دلیل دارابودن پلیمر آلی به نام “لیگنین – Lignin” ساختار فیزیکی مشابه پلیمید دارند. در همین راستا، الوارهای درخت کاج با داشتن سطح بالای لیگنین در سلول های خود، ماده نویدبخشی برای تولید گرافن است و کاربرد بهتری در قیاس با پلیمید دارد؛ همچنین این چوب تجدیدپذیر و فراوان است.

این گروه تحقیقاتی برای ساخت فوم گرافنی جدید به نام گرافن لیزر محور کاج، تکه ای از درخت کاج را با یک پرتوی لیزری در داخل اتاقکی با شرایط خاص حرارت داد. این اتاقک تحت تأثیر فشار و دمای معمولی بود اما محیط آن پوشیده شده از گاز آرگون خالص و هیدروژن بود.

در این میان، عدم وجود اکسیژن بسیار مهم است؛ زیرا این گاز امکان اصلاح شدن را به چوب می دهد، بدون اینکه بسوزد.

پژوهشگران دانشگاه رایس متوجه شدند تغییر دادن فرکانس لیزر، ویژگی های حرارتی و ساختار گرافن لیزر محور کاج را دچار تحول می کند؛ آنها در ادامه این موضوع را مورد آزمایش قرار دادند که آیا این گرافن قابلیت رسانایی جریان برق را دارد یا خیر.

دانشمندان با افزودن لایه هایی از فسفر و کبالت بر روی این گرافن، الکترودهایی تولید کردند که مشخص شد این ماده الکتروکاتالیزور کارآمدی برای تجزیه نمودن آب به عناصر سازنده اش است. آنها به جای فسفر و کبالت از نیکل و آهن نیز بهره گرفتند و نتیجه گیری ها به صورت مشابه نمایان شد.

این تیم پژوهشی همچنین با انباشت کردن “پلی آنیلین – Polyaniline” بر روی گرافن جدید، آن را به یک ابرخازن بسیار کاربردی جهت ذخیره نمودن انرژی تبدیل کرد.