صفحه اصلی | ان آر تی سی | صفحه اصلی<

نانوریبون های گرافنی

همان گونه که از نامشان پیداست، پهنای نانونوارهای گرافنی (GNR) در ابعاد نانومتر می باشد. در تفاوت با گرافن، محدودیت در یک بعد منجر به ایجاد محدودیت کوانتومی مهمی در این ساختار می گردد که منجر به بروز خواص متعدد و منحصر به فردی در این ماده می شود.

بر اساس نوع برشی که از گرافن برای ساخت این نانونوارها زده می شود به دو دسته تقسیم می گردند: آرمچیر و زیگزاگ (شکل-1)

شکل-1: نانونوارهای گرافنی، سمت راست زیگزاگ، سمت چپ آرمچیر.

در تعیین نوع و پهنای نانونوارهای گرافنی برای نامگذاری آن ها از استانداردی استفاده می شود که از این قرار است: پهنای نانونوارهای آمچیر با تعداد خطوط دی مر (N_a) در عرض نانونوار که در شکل-1 نشان داده شده است استفاده می شود، در مقابل نانووارهای زیگزاگ با تعداد زنجیره های زیگزاگی (N_z) در عرض نانونوار به مانند شکل-1 تعریف می گردند.

درست در راستای عمود بر راستای تعریف نوع پهنای نانونوارها، با تکرار سلول واحد آن ها، ساختار یک بعدی و دوره ای نانونوارها پدید می آید. اگر نانونوارها از گرافن برش خورده باشند، اتم های لبه ی نانونوار اشباع نخواهند بود. از همین روی این لبه های فعال نقش بسیار مهمی در خواص نانونوارهای گرافنی بازی می کنند.

برای نانونوارهای آرمچیری تغییر شکلی در لبه ها اتفاق نمی افتد و شکل لبه های نانونوارهای آرمچیری با ساختار صفحه ای (گرافنی) کاملا مشابه است.

در حالی که در نانونوارهای زیگزاگ، مشاهده شده است که لبه ها به طرز غیرمنتظره ای ناپایدار هستند و در دماهای بالا این پدیده کاملا خودبه خود رخ می دهد.

مطالعات متعددی بر روی این تغییرات ساختار لبه های نانونوارهای گرافنی زیگزاگ انجام شده اما هنوز هم جای مطالعه ی بسیاری دارد.

برای حفظ ساختار زیگزاگی نانونوارهای زیگزاگ از اتم های هیدروژن برای اشباع لبه های این نوع نانونوارها استفاده می شود.

سنتز نانوریبون های گرافنی

به طورکلی برای سنتز نانونوارهای گرافنی از روش های مختلفی مانند روش های سنتز شیمیایی، لیتوگرافی و لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار (CVD) می توان استفاده کرد.

روشی که در طی سال های اخیر برای سنتز نانونوارهای گرافنی استفاده شده است، روش برش دادن طولی^[1] و باز کردن نانولوله های کربنی است.

از آنجایی که نانولوله های کربنی اغلب به شکل ورقه های گرافنی ای توصیف می شوند که در راستای محوری خود لوله شده اند، در نتیجه طبیعی به نظر می رسد که بتوان با باز کردن و برش دادن این لوله ها به نوارهای گرافنی رسید. با این حال از این روش تا سال 2009 برای تولید نانونوارهای گرافنی استفاده نشده بود.

از گستره وسیعی از روش ها اعم از روش های شیمیایی، فیزیکی و الکتریکی می توان برای باز کردن نانولوله های کربنی استفاده کرد که در شکل-1 نمایش داده شده است [1].

شکل-1: انواع ساز و کارهای قابل استفاده جهت سنتز نانونوارهار گرافنی از نانولوله های کربنی.

هیچ کدام از روش های سنتز عنوان شده، از قبیل روش های سنتز شیمیایی، لیتوگرافی و بردین ورقه های گرافنی به نوارهای باریک، قادر به تولید این نوارها در مقیاس بالا نیست.

از سوی دیگر، روش CVD نیز فقط قادر است که نوارهای گرافنی فلزی را ایجاد کند. این در حالی است که به منظور بکارگیری نانونوارهای گرفانی در تهیه و ساخت ادوات الکترونیکی مانند ترانزیستورهای اثر میدانی^[2] و یا حسگرها به روشی نیاز است که امکان تولید نوارهای گرافنی را در مقیاس بالا و به صورت نیمه هادی در اختیار ما قرار دهد.

باز کردن و برش دادن نانولوله های کربنی در راستای طولی نه تنها می تواند نانونوارهای گرافنی با کیفیت بالا را در مقیاس بزرگ تولید کند، بلکه قادر است از طریق الگودهی به فرآیند بریده شدن نانولوله ها، نانونوارهایی را با خواص مختلف الکترونیکی ایجاد نماید.

Reference

[1] M. Terrones, A.R. Botello-Méndez, J. Campos-Delgado, F. López-Urías, Y.I. Vega-Cantú, F.J. Rodríguez-Macías, A.L. Elías, E. Munoz-Sandoval, A.G. Cano-Márquez, J.-C. Charlier, Nano Today, 5 (2010) 351-372.

^[1]Longitudinal unzipping

^[2]Field Effect Transistor (FET)