محققان دانشگاه اومیوی سوئد با همکاری دو دانشمند ایرانی و تیمی از محققان دانشگاه اپسالا و دانشگاه استکهلم در مطالعه جدیدی نشان دادند چگونه گرافن آلاییده به نیتروژن می‌تواند با چسباندن نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن بر روی سطح ورقه‌های گرافن به نانواسکرول‌های ارشمیدسی کامل تبدیل شود.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، ماده جدید می‌تواند دارای ویژگی‌های مطلوبی برای استفاده به عنوان الکترود در باتری‌های لیتیم-یون باشد.

گرافن یکی از جالب‌ترین مواد برای کاربردهای آتی در همه‌ حوزه‌ها از ابزار الکترونیکی با عملکرد بالا گرفته تا اجزای نوری و مواد انعطاف پذیر و قوی است.

گرافن معمولی از ورقه‌های کربنی ساخته شده که دارای ضخامت لایه‌های اندک یا منفرد اتمی هستند.

محققان تیم علمی حاضر در این پروژه با همکاری حمیدرضا برزگر و تیوا شریفی، گرافن را با جایگزین‌کردن تعدادی از اتم‌های کربن با اتم‌های نیتروژن اصلاح کردند.

آن‌ها در فرایندی راهبردی به مکان‌های نگهدارنده برای نانوذرات اکسید آهن که بر روی صفحات گرافن تزئین شده بودند، دست یافتند.

در فرایند تزئین (دکوراسیون) می‌توان نوع نانوذرات اکسیدآهن که بر روی سطح گرافن شکل گرفته‌اند را کنترل کرد، به طوری که آن‌ها یا هماتیت (شکل‌ سرخ‌رنگی از اکسید آهن که اغلب در طبیعت یافت می‌شود) یا maghemite که شکل مغناطیسی‌تر و کم‌ثبات‌تر اکسید آهن است را شکل دهند.

توماس واگبرگ، استاد ارشد گروه فیزیک دانشگاه اومیو و همکارانش مشاهده کردند هنگامی که گرافن توسط maghemite تزئین می‌شود، ورقه‌های گرافن به طور آنی شروع به غلتیدن به نانواسکرول‌های ارشمیدسی کامل می‌کنند، اما هنگامی که توسط نانوذرات کمتر مغناطیسی هماتیت تزئین می‌شوند، گرافن مانند صفحات باز باقی می‌ماند.

نانواسکرول‌ها می‌توانند به عنوان "رول‌های سوئیسی" سنتی تجسم‌بخشی شوند که در آن کیک-اسفنج نماینده گرافن است و پرکننده کرمی، نانوذرات اکسید آهن است. با این حال، نانواسکرول‌های گرافن حدود یک میلیون بار نازک‌تر هستند.

این مطالعه نشان می‌دهد که تعامل مغناطیسی بین نانوذرات اکسید آهن یکی از اثرات اصلی شکل‌گیری اسکرول است.

تحقیق مزبور همچنین نشان می‌دهد نواقص نیتروژن در شبکه گرافن برای هر ثبات‌پذیری تعداد بالایی از نانوذرات maghemit ضروری است و همچنین مسوول «خم‌شدن» (buckling) ورقه‌های گرافن و بنابراین پایین‌آوردن انرژی شکل‌گیری نانواسکرول‌ها است.

فرایند انجام‌شده فوق‌العاده کارآمد است و تقریبا 100 درصد ورقه‌های گرافن اسکرول می‌شوند.

پس از دکوراسیون با ذراتmaghemite، تیم تحقیقاتی هیچ ورقه گرافن بازی را مشاهده نکرد.

افزون بر این، دانشمندان نشان دادند که با حذف نانوذرات اکسید آهن توسط رفتار اسیدی، نانواسکرول‌ها باز هم باز می‌شوند و به ورقه‌های گرافن منفرد بازمی‌گردند.

علاوه بر افزودن درک بنیادین فیزیک و شیمی گرافن و نانوذرات آلاییده به نیتروژن، دانشمندان دریافتند نانواسکرول‌های گرافن آلاییده به نیتروژن دارای مشخصه‌های مطلوبی برای کاربرد به عنوان الکترود در باتری‌های لیتیم-یون هستند که یکی از مهم‌ترین باتری‌ها برای مصارف روزانه در ابزار الکترونیکی است.

جزئیات این مطالعه در Nature Communications منتشر شد.

انتهای پیام