دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران مرکز
دانشکده علوم پایه، گروه شیمی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
گرایش شیمی کاربردی
عنوان:
بررسی جذب و رهایش داروی اکسی تتراسایکلین بر روی گرافن اکساید عامل دار شده
استاد راهنما :
دکتر محبوبه منوچهری
استاد مشاور:
دکتر همایون احمد پناهی
پژوهشگر:
مصطفی عظیمی فر
زمستان 1393
فرم تعهد نامه اصالت رساله يا پايان نامه
اینجانب مصطفی عظیمی فر دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد ناپیوسته به شماره دانشجویی 910867881 رشته شیمی
گرایش کاربردی که در تاریخ……………………..از پایان نامه خودباعنوان: بررسی جذب و رهایش داروی اکسی تتراسایکلین بر روی گرافن اکساید عامل دار شده
با نمره ……………………ودرجه ……………..دفاع نموده ام ،بدین وسیله متعهد می شوم:
اين پايان نامه حاصل تحقيق و پژوهش انجام شده توسط اينجانب بوده ودر مواردي كه از دستاوردهاي علمي وپژوهشي ديگران (اعم از پايان نامه ،كتاب ،ومقاله) استفاده نموده ام ، مطابق ضوابط و رويه موجود ، نام منبع مورد استفاده وساير مشخصات آن را در فهرست مربوطه ذكر ودرج كرده ام.
اين پايان نامه قبلا براي دريافت هيچ مدرك تحصيلي (هم سطح، پايين تر يا بالاتر)در ساير دانشگاهها وموسسات عالي ارائه نشده است.
چنانچه بعد از فراغت از تحصيل ، قصد استفاده يا هر گونه بهره برداري اعم از چاپ كتاب ، ثبت واختراع و… از اين پايان نامه را داشته باشم ، از حوزه معاونت پژوهشي واحد محلات مجوز هاي مربوطه را اخذ نمايم و در صورت ارائه مقاله در همايشها و مجلات با ذكر نام دانشگاه آزاد اسلامي واحد تهران مرکز در كنار نام نويسندگان به نحوي كه تعلق اثر به دانشگاه آزاد اسلامي واحد تهران مرکز كامل مسجل باشد حقوق دانشگاه را رعايت نماييم.
چنانچه در هر مقطع زماني خلاف موارد فوق ثابت شود ، عواقب ناشي از آن را مي پذيرم و واحد دانشگاهي مجاز است با اينجانب مطابق با ضوابط ومقررات رفتار نموده ودر صورت ابطال مدرك تحصيلي ام هيچگونه ادعايي نخواهم داشت.
نام خانوادگی :
تاریخ و امضاء:
تقدیم:
خدایی که آفرید
جهان را، انسان را، عقل را، علم را، معرفت را، عشق را
و به کسانی که عشقشان را در وجودم دمید.
مادرم، آنکه آفتاب مهرش در آستانه قلبم، همچنان پابرجاست و هرگز غروب نخواهد کرد.
مادرم هستی من ز هستی توست تا هستم و هستی دارمت دوست.
غمگسار جاودانی مادر است.
چشم سار مهربانی مادر است.
تقدیم با بوسه بر دستان پدرم:   
به او که نمی دانم از بزرگی اش بگویم یا مردانگی سخاوت، سکوت، مهربانی و …..
به استاد فرزانه و فرهیخته ای که در راه کسب علم و معرفت مرا یاری نمود.
و تقدیم به همه دوستای مهربانم
سپاس :
سپاس خدایی را که یاور و راهنما همیشگی ام بوده
سپاس مادرم را که هر چه دارم از اوست
به امید آنکه توفیق یابم جز خدمت به او نکوشم.
سپاس به مهربان فرشتگانی که:
لحظات ناب باور بودن، لذت و غرور دانستن، جسارت خواستن، عظمت رسیدن و تمام تجربه های یکتا و زیبای زندگیم، مدیون حضور سبز آنهاست
سپاس به خانواده عزیزم.
نمی توانم معنایی بالاتر از تقدیر و تشکر بر زبانم جاری سازم و سپاس خود را در وصف استاد خویش آشکار نمایم، که هر چه گویم و سرایم ، کم گفته ام.
سپاس از تمامی دوستانم
فهرست
عنوان صفحه
چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………………………..1
فصل اول_گرافن و رهایش…………………………………………………………………………………………………………….2
1-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………….3
1-2 آلوتروپ های کربن ………………………………………………………………………………………………………………4
۱-۲-۱ الماس ……………………………………………………………………………………………………………………………..6
۱-۲-۱-۱ خواص الماس ……………………………………………………………………………………………………………..6
۱-۲-۲ گرافیت …………………………………………………………………………………………………………………………..7
گرافن ………………………………………………………………………………………………………………………………83-2-1
۱-۲-۴ فولرن ……………………………………………………………………………………………………………………………..9
۱-۳ تعریف نانو ذرات ………………………………………………………………………………………………………………..10
1-4 پیشینه فناوری نانو ………………………………………………………………………………………………………………12
۱-۵ تاریخچه گرافن …………………………………………………………………………………………………………………..13
۱-۶ ساختار گرافن ……………………………………………………………………………………………………………………..14
۱-۷ شناسایی اکسید گرافن ………………………………………………………………………………………………………….15
۱-۸ ساخت گرافن ……………………………………………………………………………………………………………………..16
۱-۸-۱ روش ازپایین به بالا ………………………………………………………………………………………………………….16
۱-۸-۲ روش از بالا به پایین …………………………………………………………………………………………………………18
1-9 ارتقاء کیفیت اکسید گرافن ……………………………………………………………………………………………………….21
۱-۱۰ ویژگی های گرافن ………………………………………………………………………………………………………………..22
1-11 کاربرد گرافن ………………………………………………………………………………………………………………………..23
1-12 رهایش …………………………………………………………………………………………………………………………………25
1-12-1 سیستم رهایش و گوارش در سگ…………………………………………………………………………………………26
فصل دوم_ اکسی تتراسایکلین و جذب سطحی ………………………………………………………………………………….27
2-1 آنتی بیوتیک …………………………………………………………………………………………………………………………….28
2-1-1 تاریخچه آنتی بیوتیک …………………………………………………………………………………………………………..28
2-1-2 انواع آنتی‌بیوتیکها و مکانیسم اثر …………………………………………………………………………………………….29
2-2 تتراسایکلین …………………………………………………………………………………………………………………………….30
2-3 اکسی تتراسایکلین ……………………………………………………………………………………………………………………30
2-3-1 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اکسی تتراسایکلین …………………………………………………………………..30
2-3-2 موارد مصرف دارو ……………………………………………………………………………………………………………….31
2-3-3 مکانیسم اثر دارو …………………………………………………………………………………………………………………32
2-3-4 فارماکوکنتیک دارو ……………………………………………………………………………………………………………….32
2-3-5 موارد منع مصرف دارو ………………………………………………………………………………………………………….32
2-3-6دوره پرهیز از مصرف دارو ……………………………………………………………………………………………………..32
2-3-7 شرایط نگهداری دارو ……………………………………………………………………………………………………………33
2-3-8 شناسایی پودر اکسی تتراسایکلین ……………………………………………………………………………………………33
2-3-9 دفع …………………………………………………………………………………………………………………………………….33
2-3-10 موارد منع مصرف و احتیاط برای سگ ………………………………………………………………………………..33
2-3-11 دوز دارو برای سگ…………………………………………………………………………………………………………….34
2-4 جذب سطحی …………………………………………………………………………………………………………………………34
2-4-1 انواع جذب سطحی ……………………………………………………………………………………………………………..35
2-4-2 اساس پدیده ی جذب سطحی ………………………………………………………………………………………………36
2-4-3 گستره ی جذب سطحی ……………………………………………………………………………………………………….36
2-4-4 ایزوترم های جذب ……………………………………………………………………………………………………………..36
2-4-5 ایزوترم جذب فروندلیچ ……………………………………………………………………………………………………….37
2-4-6 ایزوترم جذب لانگمویر ………………………………………………………………………………………………………..39
2-4-7 ایزوترم لانگمویر برای جذب مایع روی جامد …………………………………………………………………………42
2-4-8 ایزوترم اصلاح شده ی لانگمویر ……………………………………………………………………………………………43
2-4-9 ایزوترم لانگمویر-فروندلیچ (معادله ی سیپس) ………………………………………………………………………..44
2-4-10 ایزوترم برونر-ایمت-تلر ……………………………………………………………………………………………………..45
2-4-11 ایزوترم ردلیچ – پترسون ……………………………………………………………………………………………………..47
۲-۴-12 ایزوترم –تمکین ………………………………………………………………………………………………………………..48
2-4-13 عوامل موثر بر جذب …………………………………………………………………………………………………………49
فصل سوم_ روش انجام کار …………………………………………………………………………………………………………….51
3-1هدف انجام آزمایش…………………………………………………………………………………………………………………..52
3-2 مواد شیمیایی، وسایل و دستگاه ها مورد استفاده در این آزمایش ……………………………………………………52
۳-2-1دﺳﺘﮕﺎه ﻫﺎي اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه در آزﻣﺎﻳﺶ ………………………………………………………………………………………52
۳-2-2- مواد شیمیایی جهت ساخت گرافن ………………………………………………………………………………………53
۳-2-3 دستگاه های مورد استفاده جهت ساخت گرافن ……………………………………………………………………….54
۳-2-4 ﻣﻮاد اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه در ﻋﺎﻣﻞ دار ﻛﺮدن اﻛﺴﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ اﭘﻲ ﻛﻠﺮو ﻫﻴﺪرﻳﻦ ……………………………….54
3-2-5 ﻣﻮاد اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه در ﻋﺎﻣﻞ دار ﻛﺮدن و ارﺗﻘﺎء ﻛﻴﻔﻴﺖ اﻛﺴﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ ﻋﺎﻣﻞ دار ﺷﺪه ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ اﭘﻲ ﻛﻠﺮو ﻫﻴﺪرﻳﻦ و ﺳﻴﺒﺎﻛﺮون ﺑﻠﻮ ………………………………………………………………………………………………………………55
۳-2-6 ﻣﺤﻠﻮل ﻫﺎ و واﻛﻨﺸﮕﺮها …………………………………………………………………………………………………..55
۳-۲-۶-۱ استوک اکسی تترا سایکلین …………………………………………………………………………………………..55
۳-2-6-2 بافرها ………………………………………………………………………………………………………………………..55
۳-3 ﻣﺮاﺣﻞ ﺳﻨﺘﺰ اﻛﺴﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ …………………………………………………………………………………………………….56
3-4 پیوند شیمیایی اکسید گرافن با اپی کلرو هیدرین ……………………………………………………………………..59
3-5 کوپل اکسید گرافن پیوند داده شده با سیباکرون بلو ………………………………………………………………….59
۳-6 جذب داروی اکسی تترا سایکلین به وسیله ی اکسید گرافن عامل دار شده …………………………………60
3-6-1 بررسی اثر pH بر جذب داروی اکسی تتراسایکلین……………………………………………………………….60
3-6-2 تعیین غلظت بهینه جذب دارو بروی اکسید گرافن………………………………………………………………..61
3-7 ﺑﺮرﺳﻲ رهایش داروي اکسی تترا سایکلین در ﻣﺤﻴﻂ ﺷﺒﻴﻪ ﺳﺎزي ﺷﺪه معده سگ ………………………. 62
فصل چهارم_ بحث و نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………….63
4-1 شناسایی و بررسی اکسید گرافن سنتز شده بوسیله ی طیفUV-VIS ……………………………………..64
4-2 ﺷﻨﺎﺳﺎﺋﻲ و ﺑﺮرﺳﻲ اﻛﺴﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ ﺳﻨﺘﺰ ﺷﺪه بوسیله ی طیف FT-IR ………………………………………..64
4-2-1 طیف FT-IR اکسید گرافن ……………………………………………………………………………………………64
4-2-2 ﺑﺮرﺳﻲ اﻛﺴﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ ﻋﺎﻣﻞ دار ﺷﺪه ﺑﺎ اﭘﻲ ﻛﻠﺮو ﻫﻴﺪرﻳﻦ ……………………………………………………66
4-2-3بررسی کیفیت اکسید گرافن عامل دار شده با اپی کلرو هیدرین و سیبا کرون بلو با FT-IR ……68
4-3 مطالعه و بررسی ایزوترم های جذب ……………………………………………………………………………………70
4-4 نمودارهای جذب …………………………………………………………………………………………………………….72
4-5 ﺑﺮرﺳﻲ ﺟﺬب داروي اکسی تتراسایکلین ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ اﻛﺴﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ ﻋﺎﻣﻞ دار ﺷﺪه …………………………73
4-5-1 مطالعه و بررسی اثر pH بر جذب داروی اکسی تتراسایکلین ……………………………………………73
4-5-2 بررسی غلظت جذب شونده بر روی جاذب……………………………………………………………………74
4-6 ﺑﺮرﺳﻲ رهایش داروي اکسی تتراسایکلین در ﻣﺤﻴﻂ معده سگ ……………………………………………75
4-7 نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………….76
فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………………………………77
چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………………………………………..82
چکیده فارسی
در اﻳﻦ تحقیق ذرات گرافیت به روش هامرز به اکسید گرافن تبدیل شده است. نانو ذرات گرافن یکی از بهترین و موثر ترین مواد جاذبی است که تا به امروزه تولید شده است.
گرافن یکی از آلوتروپ های موفق کربن در زمینه ی جذب و رهایش دارو است. رسانای بالای الکتریکی، حرارتی خصوصیات سطحی و ساختاری و استحکام مکانیکی بالا و قابلیت تنظیم این خواص موجب شده است که این ماده به عنوان جاذب در این تخقیق مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد.
اکسید گرافن سنتز شده در این مطالعه به منظور جذب و رهایش داروی اکسی تتراسایکلین در محیط شبیه سازی شده معده سگ استفاده شد. این ماده با اپی کلروهدرین و سیباکرون بلو عامل دار گردید.
اکسی تتراسایکلین در دسته ی دارو های محلول در آب قرار دارد. داروهاى محلول در آب به خاطر سهولت حلاليت در آب، در مايعات بدن پخش شده و به ميزان مناسبى در بدن ذخيره نمى‌شوند. بنابراین دارو بدون جذب مناسب در بدن از طریق کلیه و مجاری ادراری دفع شده و اثر بخشی مناسبی نخواهد داشت در نتیجه میتوان گفت که برای رفع آن به فکر استفاده از سیستم رهایش آهسته افتادیم. اکسی تتراسایکلین در دسته آنتی بیوتیک ها قرار می گیرد. به طور کل آنتی بیوتیک ها با واحد های ریبوزومی باکتری ها پیوند برقرار می کنند و در نتیجه ساخت پروتئین را برای باکتری مهار می کنند. در این مطالعه ابتد pH بهینه دارو مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به نتایج بدست آمده محیط اسیدی بهترین تاثیر را در جذب داروی مورد مطالعه داشته است.
با توجه به مطالعات انجام شده محیط سگ اسیدی است و سیستم گوارش سگ به گونه ای است که غذا یا دارو به طور متوسط 8 ساعت در معده آن باقی می ماند. آزمایش های انجام شده نشان می دهد که داروی مدنظر در دو ساعت ابتدایی بیشترین جذب را داشته است به طوری که دیگر نیاز به بررسی محیط روده سگ احساس نشده است. در انتها صحت سنتز جذب و رهایش انجام شده به وسیله ی uv-vis مورد بررسی قرار گرفت.
فصل اول
گرافن و رهایش
Graphene & Release
۱-۱مقدمه:
کربن ( واژه لاتین  carbo به معنی زغال چوب) بخش بسیار مهمی در تمامی موجودات زنده‌ است و در ساخت ترکیبات مهم شیمیایی بسیاری شرکت دارد تا آنجا که می‌دانیم بدون این عنصر زندگی وجود نخواهد داشت. پیوند کوالانسی هر اتم کربن با انواع دیگر اتم ها یا اتم های کربن دیگر، ساختارهای نامحدود و بسیار متنوع را ایجاد می نماید از این رو ده ها میلیون ترکیب کربنی که برای جهان شناخته شده‌است در جهان هستی وجود دارد که هزاران نوع آنها در فرآیندهای حیاتی و واکنشهای آلی و بسیار مهم اقتصادی، نقش دارند. .ﻛﺮﺑﻦ ﭼﻬﺎرﻣﻴﻦ ﻋﻨﺼﺮ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ از ﻧﻈﺮ ﻓﺮاواﻧﻲ در ﺟﻬﺎن ﺑﻌﺪ از ﻫﻴﺪروژن، ﻫﻠﻴﻮم و اﻛﺴﻴﮋن به شمار میرود و تا کنون هشت آلوتروپ آن شناخته شده است.(1) اوربیتال های کربن طبق الگوی 2s2 2p2 1s2پر شده و دارای چهار اوربیتال خالی و چهار الکترون آزاد می باشد که امکان تشکیل چهار پیوند را برای این اتم‏ها مهیا می‏ سازد. پیوندهایی که این اتم‏ها تشکیل می ‏دهند، در ترکیبات گوناگون به شکل های متفاوتی دیده می‏شود و بنابراین خواص متفاوتی نیز ایجاد می‏ کند شکل 1-1
شکل1-1: نمودار فازی کربن
آلوتروپ گرافن ورقه ای دو بعدی (d2) از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی (لانه زنبوری) می باشد که اتم ها با هیبرید sP2 به هم متصل شده اند.گرافن جدید ترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با ۳ اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر ۱۲۰ درجه است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را در حالت ایده آل ایجاد می‏کنند. طول پیوند کربن-کربن در گرافن در حدود ۱۴۲نانومتر است. ﺷﻬﺮت ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﻪ دﻟﻴﻞ وﻳﮋﮔﻴﻬﺎي ﻣﻨﺤﺼﺮ به فرد آن اﺳﺖ ﭼﺮا ﻛﻪ اوﻟﻴﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻳﻚ ﺑﻠﻮر دو ﺑﻌﺪي اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﻪ ﻟﺤﺎظ ﺗﺮﻣﻮدﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ ﺧﻮاص ﻣﺘﻔﺎوﺗﻲ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻣﻮاد ﺳﻪ ﺑﻌﺪي دارد .ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﭘﺲ از اﺻﻼح ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ آن، ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ به عنوان ﻳﻚ ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﺰرگ در زﻣﻴﻨﻪ اﻟﻜﺘﺮوﻧﻴﻚ، ﻣﻮاد ﻛﺎﻣﭙﻮزﻳﺖ و ﺳﺎﻳﺮ ﺗﺤﻘﻴﻘﺎت ﻣﻴﺎن رﺷﺘﻪ اي ﺑﻪ ﻛﺎر ﺑﺮده ﺷﻮد.(2) شکل ۲-۱
شکل 2-1:ساختار اتمی صفحه گرافن؛در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند
۱-۲آلوتروپهای کربن:
اﺷﮑﺎل ﻣﺨﺘﻠﻒ آن ﺷـﺎﻣﻞ ﯾﮑـﯽ از نرمﺗـﺮﯾﻦ (گرافیت) و ﯾﮑـﯽ از ﺳـﺨﺖ ﺗـﺮﯾﻦ (اﻟﻤﺎس) ﻣﻮاد ﺷﻨﺎﺧﺘﻪ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ اﻧﺴﺎن می باشد. ﮐﺮﺑﻦ در ﻧﻮع ﻏﯿﺮ ﺑﻠﻮرﯾﻦ آن اﺳﺎﺳﺎ ﮔﺮاﻓﯿﺖ اﺳﺖ اﻣﺎ به صورت ﺳﺎﺧﺘﺎرﻫﺎي ﺑﺰرگ ﺑﻠـﻮرﯾﻦ وﺟـﻮد ﻧـﺪارد ،اﯾـﻦ ﺷـﮑﻞ ﮐـﺮﺑﻦ، ﺑﯿﺸﺘﺮ به صورت ﭘﻮدر اﺳﺖ ﮐﻪ ﺑﺨﺶ اﺻﻠﯽ ﻣﻮادي ﻣﺜﻞ ذﻏﺎل ﭼﻮب و ﺳﯿﺎﻫﯽ ﭼﺮاغ (دوده )را ﺗﺸﮑﯿﻞ می دهد. در ﻓﺸـﺎر و دﻣـﺎي اﺗﺎق ﮐﺮﺑﻦ ﺑﻪ ﺷﮑﻞ ﮔﺮاﻓﯿﺖ ﭘﺎﯾﺪارﺗﺮ اﺳﺖ ﮐﻪ در آن ﻫﺮ اﺗﻢ ﺑﺎ ﺳﻪ اﺗـﻢ دﯾﮕـﺮ ﺑﺼـﻮرت ﺣﻠﻘـﻪ ﻫـﺎي ﺷـﺶ وﺟﻬـﯽ (درﺳـﺖ ﻣﺜـﻞ ﻫﯿﺪروﮐﺮﺑﻨﻬﺎي ﻣﻌﻄﺮ ) ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﺷﺪه اﻧﺪ .در دﻣﺎ و ﻓﺸﺎرﻫﺎي ﺧﯿﻠﯽ ﺑﺎﻻ ﮐﺮﺑﻦ ﺑﻪ ﺻﻮرت اﻟﻤﺎس ﭘﺎﯾﺪار اﺳﺖ ﮐﻪ در آن ﻫﺮ اﺗﻢ ﺑﺎ ﭼﻬﺎر اﺗـﻢ دﯾﮕـﺮ ﭘﯿﻮﻧـﺪ دارد.اﻟﻤـﺎس ساختار مکعبی ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﺳﯿﻠﺴﯿﻢ و ژرﻣﺎﻧﯿﻢ دارد (ﺑﻪ ﺳﺒﺐ ﻧﯿﺮوي ﭘﯿﻮﻧﺪﻫﺎي ﮐﺮﺑﻦ -کربن) و ﺳﺨﺖ ﺗﺮﯾﻦ ﺟﺴﻢ از ﻧﻈﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ در ﺑﺮاﺑﺮ ﺳﺎﯾﺶ ﺑﻪ ﺷﻤﺎر ﻣﯽ رود .ﺗﺒﺪﯾﻞ اﻟﻤﺎس ﺑﻪ ﮔﺮاﻓﯿﺖ در ﺣـﺮارت اﺗـﺎق ﺑـﻪ ﻗﺪري ﮐﻨﺪ اﺳﺖ ﮐﻪ ﻣﺤﺴﻮس ﻧﯿﺴﺖ. ﻓﻮﻟﺮﯾﻦ ﺳﺎﺧﺘﺎري ﻣﺜﻞ ﮔﺮاﻓﯿﺖ دارد اﻣﺎ به جای ﺑﺨﺶ ﻫﺎي ﺗﻤﺎم ﺷﺶ ﺿﻠﻌﯽ، ﺣﺎوي ﭘـﻨﺞ ﺿـﻠﻌﯿﻬﺎ (ﯾﺎ اﺣﺘﻤﺎﻻ ﻫﻔﺖ ضلعی )اﺗﻤﻬﺎي ﮐﺮﺑﻦ ﻧﯿﺰ می ﺑﺎﺷﻨﺪ ﮐﻪ ورﻗﻪ را ﺑﻪ ﺷﮑﻞ ﮐﺮه، ﺑﯿﻀﯽ ﯾﺎ اﺳﺘﻮاﻧﻪ به وجود ﻣﯽ آورﻧـﺪ . (3)
کربن در طبیعت دارای پنج آلوتروپ اصلی الماس، گرافیت، نانولوله، کربن بی شکل و فولرن است، که همگی جامد می باشند شکل ۱-۳
جدول۱-۱انواع صورت ها و آلوتروپ های کربن
شکل های کربنﺣﺎﻟﺖاﻟﻤﺎس –الماس شش ضلعیsP3گرافیت-ﮔﺮاﻓﻦ- ﻓﻮﻟﺮن ها(ﻓﻮﻟﺮن ﺑﺎﮐﻤﯿﻨﺴﺘﺮ)- نانو لوله های کربنی -ﮐﺮﺑﻦ شیشه ايsP2ﮐﺮﺑﻦ ﺧﻄﯽsP
شکل۱-۳آلوتروپ های مختلف کربن در طبیعت
۱-۲-۱ الماس:
الماس در حالت پایدار دارای ساختار مکعبی است.اتم های کربن در یک پیکربندی چهار وجهی با پیوند های هیبریدی sp3مرتب شده اند .این پیوند قوی کووالانسی باعث شده تا الماس سخت ترین ماده شناخته شده، محسوب شود به همین دلیل از جمله کاربرد های مهم تجاری الماس می توان به عنوان سنباده برای سایش و پرداخت فلزات و به عنوان یک پوشش برای ابزارهای برش نام برد.اﻟﻤﺎس ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻣﻨﺸﻮري ﻧﻴﺰ دارد ﻛﻪ اﻳﻦ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﺑﺼﻮرت ﺷﺒﻪ ﭘﺎﻳﺪار در ﻃﺒﻴﻌﺖ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻛﺎﻧﻲ وﺟﻮد دارد. شکل 1-4
شکل1-4:ساختار مکعبی الماس
۱-۲-۱-۱ خواص الماس:
۱) الماس در بین جامدات در دمای ۲۵ درجه بالاترین رسانایی گرمایی را دارد. (هدایت گرمایی آن ۵ برابر مس است)
۲) الماس ماده ی نوری ایده‌آلی است که توانایی انتقال طیف نوری فروسرخ تا فرابنفش را دارا است.
۳) شاخص بازتابش بسیار بالایی دارد.
۴) در برابر تابش نوترونی به‌شدت مقاوم است.
۵) استحکام و صلبیت بسیار بالایی دارد.
۶) سخت‌ ترین ماده ی شناخته شده‌است.
۷)خواص نیمه‌رسانایی قابل توجهی دارد، شکست الکتریکی آن به طور متوسط ۵۰ برابر نیمه‌رساناهای متداول است.
۱-۲-۲ گرافیت:
گرافیت یکی از آلوتروپ‌های کربن است که برخلاف الماس که جامدي سخت و شفاف است،گرافیت جامدي سیاه و نرم و لغزنده است. ساختار لایه-لایه داشته و از قرار گرفتن ۶ اتم کربن به صورت شش ضلعی منظم پدید آمده است. این اتم‌ها با پیوند کوالانسی و با هیبریداسیون sp2 هم متصل میشوند و نمی‌توانند با کربنی خارج از این لایه پیوند کوالانسی تشکیل دهند، بنابراین یک لایه گرافیت از طریق پیوند واندروالس -که پیوند ضعیفی است- به لایه‌های زیرین متصل است. این خاصیت سبب می‌شود لایه‌های گرافیت به راحتی به روی هم بلغزند. به همین دلیل از این ترکیب برای «روان کاری» و «روغن کاری» استفاده میشود. از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتریکی، رنگ‌ها،فولاد های پرکربن، چدن‌ها،مداد گرافیتی و … استفاده می‌شود.
گرافیت بر خلاف الماس هادی جریان الکتریکی و پایدارترین شکل کربن در شرایط استاندارد است.( تنها نافلز رسانای برق) ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ در اﻟﻜﺘﺮوﺷﻴﻤﻲ ﺑﻌﻨﻮان ﺣﺎﻟﺖ اﺳﺘﺎﻧﺪارد در ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻴﺰان اﻧﺘﻘﺎلﺣﺮارﺗﻲ اﺷﻜﺎل دﻳﮕﺮ ﻛﺮﺑﻦ اﺳﺘﻔﺎده می شود.
شکل 1-۶ ساختار ملکولی گرافیت شکل 1-5: ساختار فیزیکی گرافیت

گرافن:3-2-1
گرافن ورقه ای دو بعدی از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی می باشد که اتم ها با هیبرید sP2 به هم متصل شده اند. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه است شکل۱-۷ در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند،به عبارتی گرافن را میتوان گرافیتی با قطر یک اتم توصیف کرد. البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ای تغییر می‏کند که در آن پنج‌ضلعی‏ها و هفت‌ضلعی‏ هایی نیز ایجاد می‏شود.اﻳﻦ ﻣﺎده ﺑﺴﻴﺎر ﺳﺒﻚ ﺑﻮده ﺑﺼﻮرﺗﻴﻜﻪ یک متر مربع ان 77/. ﻣﻴﻠﻲ ﮔﺮم وزن دارد. (4)
شکل۱-۷ ساختار گرافن
۱-۲-۴ فولرن:
یکی از دگرشکل‌های مصنوعی عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافیت ساخته می‌شود و به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکی بال نیز می‌گویند. فولرن خود انواع گوناگون و متعددی دارد و می‌تواند به صورت کره، بیضی‌گون، یا استوانه باشد. فولرین شبیه یک توپ فوتبال است و شامل ۶۰ اتم کربن (C60) در یک ساختار کروی است که ۲۰ شش وجهی و ۱۲ پنج وجهی روی سطح منظم شده اند. هر کربن فولرن، دارای هیبرید sp2 است و با سه اتم دیگر، پیوندهای سیگما تشکیل می‌دهد. فولرینها مولکول های بیش از حد قوی هستند و تحمل فشارهای بسیارزیاد را دارند، به طوری که پس از تحمل فشاری حدود 3000 اتمسفر به شکل اولیهء خود (ساختار کروی فولرین) برمی گردند و دارای چگالی کم و وزن بسیار سبک هستند. مولکولهای فولرین به وسیله پیوندهای ضعیفی که ناشی از نیروهای واندروالس بین آنهاست به هم می چسبند.این نیروهای نگهدارنده فولرن ها در کنار هم مشابه نیروهای موجود بین لایه های گرافیت است.بنابراین برخی از خواص فولرن ها مشابه خواص گرافیت می باشد. فولرنها در برابر نور بسیار حساس بوده و با تغییر طول موج نور خواص الکتریکی این مواد به شدت تغییر می کند. مطابق شکل ۸-۱و۹-۱ (5)
شکل ۸-۱و۹-۱ ملکول فولرن
۱-۳ تعریف نانو ذرات:
منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود 1 تا 100 نانو متر می باشد (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است) ﻧﺎﻧﻮ ﺳﺎﺧﺘﺎرﻫﺎ ﻛﻮﭼﻜﺘﺮﻳﻦ اﺟﺰا ﺟﺎﻣﺪی ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ اﻣﻜﺎن ﺳﺎﺧﺘﻦ آﻧﻬﺎ وﺟﻮد دارد. نانوذرات از ده ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و …) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، به شکل پودر خشک و یا به صورت بخش مایع می باشند. البته نانوذرات ترکیب شده (آمیخته شده) در یک محلول آلی یا آبی که به شکل سوسپانسیون یا خمیری شکل است نیز مورد توجه می باشد. این ذرات در شکل ها و مورفولوژی های گوناگونی یافت می شوند، ساختارهایی از کروی گرفته تا فلسی، ورقه ای، شاخه ای، لوله ای و میله ای.با گذر از میکرو ذرات به نانوذرات، با تغییر بر خی از خواص فیزیکی روبه رو
می شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده نمونه بسیار زیاد است..مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد.علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ی ذوب ) اثر دارد.به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛ چون الکترونهای آزاد آنها مشابه الکترونهای محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.علاوه بر این، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانوذرات برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشندمواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده ای از خود بروز می دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سرامیک نرم تر می شود.(7)
برخی از خواص نانو ذرات عبارت اند از:
جدول ۱-۲ خواص فیزیکی و شیمیایی نانو ذرات
مثالخصوصیاتاثر کاتالیستی بهتر، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاترکاتالیستیافزایش هدایت الکتریکی در سرامیک ها
و نانو کامپوزیت های مغناطیسی،
افزایش مقاومت الکتریکی در فلزاتالکتریکیافزایش مغناطیسیته با اندازه بحرانی دانه ها،
رفتار سوپر پارامغناطیسیته ذراتمغناطیسیخصوصیات فلوئورسنتی، افزایش اثر کوانتومی
کریستال های نیمه هادینوریافزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیکی
(غشاء و سد مغز خون و غیره)
و بهبود زیست سازگاریبیولوژیکی
1-4 پیشینه فناوری نانو:
در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژة اتم را كه به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده موادبه كاربرد.
با تحقيقات و آزمايش‌هاي بسيار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زيادي ايزوتوپ كشف كرده‌اند. آنها همچنين پي برده اند كه اتم‌ها از ذرات كوچكتري مانند كوارك‌ها و لپتون‌ها تشكيل شده‌اند. با اين حال اين كشف‌ها در تاريخ پيدايش اين فناوري پيچيده زياد مهم نيست.
در سال1959 ريچارد فاينمن مقاله‌اي را دربارة قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند. فاينمن كه بعدها جايزه نوبل را در فيزيك دريافت كرد درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي « فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد » بود.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد.يعني ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعيش كوچك مي شود. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد.
۱-۵ تاریخچه گرافن:
اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال 1986 معرفی شد که از ترکیب کلمه ی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای اشاره دارد ایجاد شد. این نام برای توصیف یک تک لایه از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت مورد استفاده قرار گرفت .
هر چند که این مفهوم به طور تئوری نخستین بار در سال 1947 توسط فیلیپ والاس به عنوان یک نقطه شروع برای درک خواص الکترونیکی گرافیت سه بعدی مطرح شد. پس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفت اما قضیه‌ای به نام قضیه ی مرمین-واگنر در مکانیک آماری و نظریه ی میدان‌های کوانتومی (بر اساس علم فیزیک) وجود داشت (8) (9)که ساخت یک ماده ی دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار و صرفا یک ماده نظری می‌دانست.در سال 2004، یک گروه از فیزیکدانان از دانشگاه منچستر بریتانیا به رهبری آندره جیم و کنستانتین نووسلف تغییری در مورد فرضیه ی بی ثباتی گرافن ایجاد کردند و نشان دادند که قضیه ی مرمین-واگنرنمی‌تواندکاملا درست باشد. (10)(11)(12)آنها یک روش متفاوت و در نگاه اول ساده لوحانه برای بدست آوردن گرافن ارائه دادند که منجر به تحولی عظیم در این رشته شدند .آنها با استفاده از چسب نواری یک تک ورقه ی گرافن (یک مونو لایه از اتمهای کربن) را از گرافیت با روش ورقه ورقه شدن میکرومکانیکی جدا کردند،نوار پیوسته استفاده شد تا گرافیت را به تکه های نازک تری جدا کند. سپس نوار با تکه های گرافیت مجزا در استون حل شد و بعد از چند فرآیند، تکه های شامل تک لایه روی یک قرص سلیکونی رسوب داده شد. گفتنی است که جهت کنترل مراحل مذکور از یک میکروسکوپ نوری استفاده شده است. این روش به نوار اسکاچ معروف گشته است.. روش مذکور برای جامعه فیزیک یک شگفتی بود و به همین علت جیم و نووسلوف و همکارانشان از دانشگاه منچستر جایزه نوبل فیزیک سال 2010 را از آن خود نمودند.(13)(14)(15)
۱-۶ ساختار گرافن:
ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺣﻠﻘﻪ ﺷﺶ ﺿﻠﻌﻲ ﻣﻨﻈﻢ اﺳﺖ ﻛﻪ در راس ﻫﺮ ﺿﻠﻊ آن ﻳﻚ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ و در رﺋﻮس ﺷﺶ ﺿﻠﻌﻲ ﻋﻼوه ﺑﺮ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻳﻚ اﺗﻢ ﻫﻴﺪروژن ﻧﻴﺰ وﺟﻮد دارد. در ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن ﻫﺮ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻋﻼوه ﺑﺮ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻗﻮي σ ﺑﺎ اﺗﻢ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ ﻣﺠﺎور ﻳﻚ ﭘﻴﻮﻧﺪ π نیز برقرار می کند. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ ﻛﻪ ﭘﻴﻮﻧﺪ دو ﮔﺎﻧﻪ ﻛﺮﺑﻦ – ﻛﺮﺑﻦ داراي ﻃﻮل ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎ nm 137/0 ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ و ﻗﻮي ﺗﺮ از ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻛﺮﺑﻦ ﻳﻚ ﮔﺎﻧﻪ ﺑﺎﻃﻮل ﭘﻴﻮﻧﺪ nm 147/0 می باشد،اﻧﺘﻈﺎر دارﻳﻢ که در ﺣﻠﻘﻪ ﺑﻨﺰﻧﻲ ﻃﻮل ﭘﻴﻮﻧﺪهای دو گانه کوتاه تر از ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎي ﻳﻚ ﮔﺎﻧﻪ ﺑﺎﺷﺪ در ﺻﻮرﺗﻴﻜﻪ اﻳﻦ گونه نیست و ﻃﻮل ﺗﻤﺎم ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ-ﻛﺮﺑﻦ ﺑﺎ ﻫﻢ ﻣﺴﺎوي و ﺑﺮاﺑﺮ nm 142/0ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ دﻟﻴﻞ اﻳﻦ اﻣﺮ را اوﻟﻴﻦ ﺑﺎر در ﺳﺎل 1931 ﻟﻴﻨﻮس ﭘﺎوﻟﻴﻨﮓ در ﭼﺎرﭼﻮب ﻧﻈﺮﻳﻪ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﻛﻮاﻧﺘﻮﻣﻲ ﺑﻪاﻳﻨﺼﻮرت ﺑﻴﺎن ﻛﺮد :ﭼﻮن ﺣﺎﻟﺖ ﭘﺎﻳﻪ ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺑﺮ ﻫﻢ ﻧﻬﻲ دو ﺣﺎﻟﺖ دﺳﺘﺮس ﭘﺬﻳﺮ ﻛﻪ اﻳﺰوﻣﺮ ﻫﻤﺪﻳﮕﺮ ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ، در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺖ در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ – ﻛﺮﺑﻦ در ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﻮﺛﺮ ﻳﻚ و ﻧﻴﻢ ﮔﺎﻧﻪ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺖ. ﺑﻪ اﻳﻦ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺣﻠﻘﻪ ﺑﻨﺰن را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻋﺎﻣﻞ اﺻﻠﻲ ﺳﺎزﻧﺪه ﺻﻔﺤﺎت ﮔﺮاﻓﻦ ﻧﺎم ﺑﺮد .ﻛﻪ در آن اﺗﻢ ﻫﺎي ﻫﻴﺪروژن ﺑﺎ اﺗﻢ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ ﺣﻠﻘﻪ ﻫﺎي ﺑﻨﺰﻧﻲ ﻣﺠﺎور ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ ﺷﺪه اﺳﺖ .ﮔﺮاﻓﻴﺖ ﻳﻚ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻻﻳﻪ ﻻﻳﻪ اﺳﺖ و ﻫﺮ ﻻﻳﻪ آن از ﺷﺶ ﮔﻮش ﻫﺎﻳﻲ از اﺗﻢ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ ﻛﻪ ﺑﺎ ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎي ﻫﻴﺒﺮﻳﺪي sp2 ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﺷﺪه اﻧﺪ ﺳﺎﺧﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ .اﻳﻦ ﻻﻳﻪ ﻫﺎ ﺑﺎ ﻧﻴﺮوﻫﺎي ضعیف واندروالس به هم متصل اند در کل ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﺮﺷﻲ ﺗﻚ ﻻﻳﻪ از ﮔﺮاﻓﻴﺖ ﺑﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻳﻚ اﺗﻢ اﺳﺖ ﻛﻪ اﺗﻢ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ روي ﻳﻚ ﺷﺒﻜﻪ ﻻﻧﻪ زﻧﺒﻮري ﺷﻜﻞ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ ﺑﻄﻮرﻳﻜﻪ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ 4 ظرفیتی ﺑﺎ 3 اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻣﺠﺎور ﺗﻮﺳﻂ ارﺑﻴﺘﺎل ﻫﺎي ﻫﻴﺒﺮﻳﺪي SP2 ،پیوند های بسیار محکم σ ﺗﺸﻜﻴﻞ داده ﻛﻪ ﻓﺎﺻﻠﻪ ﺑﻴﻦ آﻧﻬا ﻳﻚ 42.1 Å است و یک الکترون باقیمانده (اربیتال های غیر هیبریدی 2PZ با جهت گیری عمود بر صفحه گرافن)تشکیل پیوند ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﺿﻌﻴﻒ π ﻋﻤﻮد ﺑﺮ ﺻﻔﺤﻪ ﻣﻲ دﻫﺪ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ ﻛﻪ ﻫﺮ ارﺑﻴﺘﺎل 2PZ ﺗﻨﻬﺎ ﻳﻚ اﻟﻜﺘﺮون دارد نوار π ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻧﻴﻤﻪ ﭘﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد. ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎي ﻗﻮي σ درون ﺻﻔﺤﻪ ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه ﺗﺨﺖ نبودن ﺻﻔﺤﻪ ﮔﺮاﻓﻦ و وﺟﻮد ﭼﻴﻦ ﺧﻮردﮔﻲ در ﺳﻄﺢ ﮔﺮاﻓﻦ ﺳﺒﺐ ﭘﺎﻳﺪاري ﺳﺎﺧﺘﺎر دو ﺑﻌﺪي ﺷﺪه است.در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه‏های عاملی و همچنین اتم‏های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏های کربن در صفحه کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد.(16)
شکل 1-۱۰:ﺳﺎﺧﺘﺎر ﺷﺒﻜﻪ ﮔﺮاﻓﻦ ﻣﺘﺸﻜﻞ از دو زﻳﺮ ﺷﺒﻜﻪ A, B ﻛﻪ ﺑﻪ ﺗﺮ ﺗﻴﺐ ﺑﺎ داﻳﺮه ﻫﺎي ﻣﺸﻜﻲ و ﺧﺎﻛﺴﺘﺮي ﻧﺸﺎن داده اند بردارهای a1, a2 پایه ی شبکه ی حقیقی و R1,R2,R3 ﺑﺮدارﻫﺎﻳﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ ﻫﺮ اﺗﻢ را ﺑﻪ ﻧﺰدﻳﻚ ﺗﺮﻳﻦ ﻫﻤﺴﺎﻳﻪ ﻫﺎﻳﺶ ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ
۱-۷ شناسایی اکسید گرافن:
ﺷﻜﻞ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮﭘﻲ ﻧﻮري و ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ اﻟﻜﺘﺮوﻧﻲ ﭘﻮیشی ،ﺗﻮﭘﻮﮔﺮاﻓﻲ و اﻧﺪاره ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻦ توسط ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ ﻧﻮري اتمی گروه های عاملی گرافن توسط ﻃﻴﻒ ﺳﻨﺠﻲ زﻳﺮ ﻗﺮﻣﺰ (FT-IR)،شکل و اندازه ی صفحات گرافن ﻧﻴﺰ ﺗﻮﺳﻂ ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ اﻟﻜﺘﺮوﻧﻲ ﻋﺒﻮری و اندازه گیری های ﻃﻴﻒ ﺳﻨﺠﻲ ﻓﻠﻮرﺳﺎﻧﺲ ﺻﻮرت ﻣﻲ ﭘﺬﻳﺮد.
ﻃﻴﻒ ﺟﺬﺑﻲ آن ﻧﻴﺰ ﺗﻮﺳﻂ ﻃﻴﻒ ﺳﻨﺠﻲ ﻓﺮاﺑﻨﻔﺶ_ﻣﺮئی (UV-vis) ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد.
۱-۸ ساخت گرافن:
ﺻﻔﺤﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻨﻲ برای نخستین بار در سال 2004 ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺗﺠﺮﺑﻲ از ﮔﺮاﻓﻴﺖ ﺟﺪا ﺷﺪﻧﺪ .ﭘﺎﻳﺪاري ﺳﺎﺧﺘﺎر دو ﺑﻌﺪي ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﻪ دﻟﻴﻞ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎي ﻗﻮي ﻛﻮواﻻﻧﺴﻲ داﺧﻞ ﺻﻔﺤﻪ وﺟﻮد ﻣﻮج ﻫﺎ وﭼﻴﻦ وﭼﺮوك ﻫﺎ ﺑﺮ آورده ﻣﻲ ﺷﻮد .ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ اﺗﻔﺎق در راه ﺳﺎﺧﺖ ﮔﺮاﻓﻦ زﻣﺎﻧﻲ ﺑﻮﺟﻮد آﻣﺪ ﻛﻪ ﻣﺸﺨﺺ ﺷﺪ ﺷﺪ ﮔﺮاﻓﻦ در زﻳﺮ ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ ﻧﻮري وﻗﺘﻲ ﻛﻪ ﺑﺮ روي ﻳﻚ ﻻﻳﻪ SiO2 ﻗﺮار ﺑﮕﻴﺮد ﻗﺎﺑﻞ دﻳﺪن اﺳﺖ ﺑﻪ ﺷﺮﻃﻲ ﻛﻪ ﻧﺎزﻛﻲ ﻻﻳﻪ ي SiO2 ﺑﺎ دﻗﺖ اﻧﺘﺨﺎب ﺷﻮد ﺣﺘﻲ اﮔﺮ روش اﻧﺠﺎم ﻛﺎر را ﺑﻪ درﺳﺘﻲ و ﺑﺎ ﺟﺰﺋﻴﺎت ﺑﺪاﻧﻴﻢ، ﺑﺎز ﻫﻢ ﺑﻪ دﻗﺖ آزﻣﺎﻳﺸﮕﺎﻫﻲ و ﭘﺸﺘﻜﺎر زﻳﺎدي ﺑﺮاي ﻣﺸﺎﻫﺪه ﮔﺮاﻓﻦ ﻧﻴﺎز دارﻳﻢ ﺑﺮاي ﻧﻤﻮﻧﻪ 5% تفاوت در نازکی لایه ی SiO2 ( 315 nm به جای 300nm ) می تواند لایه ی گرافن را کاملا نامحسوس کند. (17)(18)(19)
روش های ﻣﺨﺘﻠﻔﻰ ﺑﺮاى ﺗﻮﻟﯿﺪ ﮔﺮاﻓﻦ و ﻣﺸﺘﻘﺎت ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﻰ آن از ﮔﺮاﻓﯿﺖ و ﻣﺸﺘﻘﺎﺗﺶ وﺟﻮد دارد ﮐﻪ ﻫﺮ ﯾﮏ ﻣﺰاﯾﺎ و ﻣﻌﺎﯾﺒﻰ دارﻧﺪ.
۱-۸-۱ روش ازپایین به بالا:
اﻳﻦ روش ﭼﻴﺪﻣﺎن ﭼﻨﺪﻳﻦ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺑﺎ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﺑﺮاي ﺗﺸﻜﻴﻞ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺑﺰرﮔﺘﺮ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ، ﮔﺮاﻓﻦ ﺗﻮﻟﻴﺪي ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ روش ﭘﺎﻳﻴﻦ ﺑﻪ ﺑﺎﻻ، ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺗﻚ ﻻﻳﻪ و اﻛﺜﺮاً ﭼﻨد ﻻﻳﻪ می ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻛﻪ در ﺑﻴﻦ اﻳﻦ روش ﻫﺎ، رﺳﻮب ﺑﺨﺎر ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ و رﺷﺪ ﻫم ﺑﺎﻓﺘﻲ، اﻏﻠﺐ ﺑﺎزدﻫﻲ ﺑﻬﺘﺮي ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺑﻘﻴﻪ، ﻫﻢ از ﻧﻈﺮ ﺣﺠﻢ ﮔﺮاﻓﻦ ﺗﻮﻟﻴﺪي و ﻫﻢ ﻛﻴﻔﻴﺖ ﻣﻄﻠﻮب ﺗﺮ را دارﻧﺪ. اﻳﻦ دﺳﺘﻪ از روش ﻫﺎي ﺗﻮﻟﻴﺪي ﺑﺮاي ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت اوﻟﻴﻪ در ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎي اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ وﻟﻲ ﻧﻤﻲ ﺗﻮان ﺣﺠﻢ ﺑﺎﻻﻳﻲ از ﮔﺮاﻓﻦ را ﺑﺎ اﻳﻦ ﺷﻴﻮه ﺗﻬﻴﻪ ﻧﻤﻮد و ﻫﻢ وﺟﻮد ﻧﺪارد. در اﻳﻦ روش ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﺎ ﭼﻨﺪﻳﻦ ﺷﻴﻮه ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺳﻨﺘﺰ ﻣﻲ ﺷﻮد:
الف)رشد همبافته بروی کاربید سیلیکون:
اﻳﻦ روش ﺗﻮﺳﻂ دﻛﺘﺮ ﻫﻴﻴﺮ ﮔﺴﺘﺮش یافت دراﻳﻦ روش ﺳﻄﺢ کاربید ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن SiCدر ﻣﺤﻔﻈﻪ اي ﺑﺎ ﺧﻼ زﻳﺎد ﺗﺤﺖ دﻣﺎي ﺑﺎﻻ (حدود ºC 1200 ) ﺣﺮارت داده ﻣﻲ ﺷﻮد، در ﻧﺘﻴﺠﻪ اﻳﻦ ﻋﻤﻞ اﺗﻢ ﻫﺎي ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن از ﺳﻄﺢ ﻣﺘﺼﺎﻋﺪ ﮔﺸﺘﻪ و اﺗﻢ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ ﺑﺎﻗﻲ ﻣﺎﻧﺪه ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻦ آراﻳﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﻨﺪ.
ب)رشد همبافته بروی فلزات:
رشد هم بافته بر روی فلزات شامل سه روش می باشد :
ﺟﺪاﺷﺪن داﻧﻪ اي ﻛﺮﺑﻦ از ﺣﺠﻢ ﻓﻠﺰ ﺑﻪ ﺳﻄﺤﺶ: در اﻳﻦ روش ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎل ﻫﺎي ﻓﻠﺰي ﺗﺤﺖ ﺧﻼ ﺑﻪ دﻣﺎﻫﺎي ﺑﺎﻻ ﺑﺮده ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ و در اﻳﻦ ﺻﻮرت اﻧﺤﻼل ﭘﺬﻳﺮي ﻛﺮﺑﻦ در درون ﺷﺒﻜﻪ ﻓﻠﺰ اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ .ﺳﭙﺲ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎل ﻓﻠﺰي ﺑﻪ ﻛﻨﺪي ﺳﺮد ﺷﺪه و در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺣﻼﻟﻴﺖ ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ .ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﻛﺮﺑ ﻦ ﺟﺪا ﺷﺪه در ﺳﻄﺢ ﺑﻪ ﺷﻜﻞ ﻓﻴﻠﻢ ﮔﺮاﻓﻨﻲ ﺑﺪﺳﺖ ﻣﻲ آﻳﺪ .ﻓﻴﻠﻢ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻨﻲ ﺑﻪ ﻃﻮر ﻫﻤﺒﺎﻓﺘﻪ روي ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎل ﻫﺎي ﻓﻠﺰي اﺳﺎﺳﺎ در ﻣﺤﻴﻂ آزﻣﺎﻳﺸﮕﺎه و در ﻣﺤﻔﻈﻪ ﻫﺎﻳﻲ ﺗﺤﺖ ﺧﻼ ﻓﻮق اﻟﻌﺎده ﺷﻜﻞ ﻣﻲ ﮔﻴﺮﻧﺪ .اﻳﻦ روش ﺑﻪ دﻟﻴﻞ اﺳﺘﻔﺎده از ﺧﻼ ﺑﺴﻴﺎر ﭘﺮ ﻫﺰﻳﻨﻪ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ.
ﻻﻳﻪ ﮔﺬاري ﺑﻪ ﺷﻴﻮه ﺑﺨﺎر ﺷﻴﻤﻴﺎیی: روش دﻳﮕﺮي ﺑﺮاي ﺳﻨﺘﺰ ﮔﺮاﻓﻦ اﺳﺖ .در اﻳﻦ روش ﮔﺎز ﻫﻴﺪروﻛﺮﺑﻦ در ﻣﺠﺎورت ﺳﻄﺢ ﺻﻔﺤﻪ ﻓﻠﺰي ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد ﻛﻪ در آﻧﺠﺎ ﻣﻮﻟﻜﻮل ﻫﺎي ﻫﻴﺪرو ﻛﺮﺑﻦ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﻨﺪ ﺗﺠﺰﻳﻪ و اﺗﻢ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻦ در ﻓﻠﺰ ﺣﻞ ﺷﻮﻧﺪ .ﺳﭙﺲ ﺻﻔﺤﻪ ﻓﻠﺰي ﺑﺎ آﻫﻨﮓ ﺧﺎﺻﻲ ﺳﺮد ﻣﻲ ﺷﻮد .در اﻳﻦ ﻫﻨﮕﺎم ﻻ ﻳﻪ ﻛﺮﺑﻦ در ﺳﻄﺢ ﺻﻔﺤﻪ ﻓﻠﺰي ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻲ ﺷﻮد .در ﻧﻬﺎﻳﺖ ﻻﻳﻪ ﮔﺮاﻓﻦ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﺷﺪه را ﺑﻪ زﻳﺮ ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﻧﻴﻤﻪ رﺳﺎﻧﺎ و ﻳﺎ ﻋﺎﻳﻖ ﻣﻨﺘﻘﻞ ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ.
) رسوب دهی بخار شیمیایی :(CVD) رسوبدهی بخار شیمیایی به فرآیندی گفته میشود که شامل تجزیه و یا واکنشهای شیمیایی از واکنشگرهای گازی در یک محیط فعال شده مانند (گرما، نور و پلاسما) میشود و برای تولید و تشکیل یک محصول جامد پایدار استفاده میگردد.در اﻳﻦ روش ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﺎ رﺳﻮب ﻛﺮﺑﻦ از ﮔﺎزﻫﺎي ﻫﻴﺪروﻛﺮﺑﻨﻲ ﺑا زﻳﺮآﻳﻨﺪ ﻓﻠﺰي و ﻳﺎ وﻳﻔﺮﻫﺎي ﺳﻴﻠﻴﻜﻮﻧﻲ ﻧﻈﻴﺮ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﻛﺎرﺑﻴﺪ و ﻳﺎ ﺳﻴﻠﻴﺴﻴﻢ دي اﻛﺴﻴﺪ ﺣﺎﺻﻞ ﻣﻲ ﺷﻮد. مثالی از این روش، تجزیه‌ی اتیلن روی سطحی از جنس نیکل است.
۱-۸-۲ روش از بالا به پایین:
در اﻳﻦ روش ورﻗﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻦ ﻳﺎ ﮔﺮاﻓﻦ اﺻﻼح سطحی ﺷﺪه ﺑﻪ وسیله ی ﺟﺪاﺳﺎزي ﮔﺮاﻓﻴﺖ و ﻳﺎ ﻣﺸﺘﻘﺎت آن (ﻣﺎﻧﻨﺪ ﮔﺮاﻓﻴﺖ اﻛﺴﻴﺪ و ﻳﺎ ﮔﺮاﻓﻴﺖ ﻓﻠﻮراﻳﺪ)ﺗﻮﻟﻴﺪ می شود. به ﻃﻮر ﻛﻠﻲ اﻳﻦ روش ﺑﺮاي ﺗﻮﻟﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ در ﻣﻘﻴﺎس زﻳﺎد به ﻛﺎر می رود و از ﻟﺤﺎظ اﻗﺘﺼﺎدي ﻧﻴﺰ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ روش ﭘﻴﺸﻴﻦ ﻣﻘﺮون ﺑﻪ ﺻﺮﻓﻪ ﺗﺮ اﺳﺖ.
الف) لایه برداری مکانیکی:
این روش که به‌نام «نوار اسکاتلندی» یا «روش پوست‌کنی» نیز معروف است، ادامه‌ی کارهای قبلی در زمینه‌ی لایه‌لایه‌کردن میکرومکانیکی گرافیت الگودهی‌شده بود. این روش منجر به تولید مقدار اندکی گرافن تا سایز 100 میکرومتر می‌شود که می‌تواند در مطالعات بنیادی، مورد استفاده قرار گیرد. مطابق شکل1-1۱ (20)(21)
شکل1-1۱:تولید گرافن به روش لایه برداری میکرومکانیکی
ب) سنتز شیمیایی:
این روش شامل اکسیداسیون اولیه گرافیت به اکسید گرافیت می باشد. پس از آن اکسید گرافیت به صورت شیمیایی و یا حرارتی به اکسید گرافن (GOx) تبدیل می شود و به دنبال آن با کاهش اکسید گرافن، گرافن ایجاد می شود. این روش برای تولید گرافن در مقیاس و راندمان بالا مناسب می باشد، اما با این وجود روشی وقت گیر می باشد و از واکنشگرهای اکسید کننده و کاهش دهنده ی خطرناک و سمی استفاده می شود. در واقع، اکسید گرافن عایق می باشد و از لحاظ هدایت تفاوت زیادی با گرافن دارد. با وجودی که این گروه های عاملی اکسیدی را می توان با کاهش دادن تا حدی از بین برد، اما مقدار قابل توجهی نقص ساختاری ایجاد می شود که خواص الکترونیکی را تحت تاثیر قرار می دهد.
پ) روش الکتروشیمیایی:
ﺑﺎزﻛﺮدن ﻧﺎﻧﻮﻟﻮﻟﻪ ﻛﺮﺑﻨﻲ: دراﻳﻦ ﺷﻴﻮه ﻧﺎﻧﻮﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﻛﺮﺑﻨﻲ ﭼﻨﺪدﻳﻮاره و ﻳﺎ ﺗﻚ دﻳﻮاره ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه اﺳﻴﺪ ﺳﻮﻟﻔﻮرﻳﻚ و پرمنگنات پتاسیم ﭼﻨﺪﻳﻦ ﺳﺎﻋﺖ ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ ﻫﻢ زن ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ هم زده ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﻻﻳﻪ ﻫﺎ از ﻳﻚ دﻳﮕﺮ ﺑﺎز و ﺳﭙﺲ ﺑﺎ روش ﻫﺎي ﺣﺮارﺗﻲ و ﻳﺎ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ دﻳﮕﺮ اﺣﻴﺎ ﺷﺪه و ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻦ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ.
تبخیر قوس الکتریکی گرافیت در حضور مخلوط: در اﻳﻦ روش ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻇﺮﻓﻲ از ﺟﻨﺲ ﻓﻮﻻد زﻧﮓ ﻧﺰن و ﺑﺎ ﺟﺮﻳﺎن دادن ﮔﺎز ﺧﻨﺜﻲ ﺑﻪ درون آن، ﺑﺎ اﻋﻤﺎل ﺟﺮﻳﺎن اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺑﻴﻦ دو اﻟﻜﺘﺮود ﮔﺮاﻓﻴﺘﻲ، ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﺮ دﻳﻮاره ي ﻇﺮف رﺳﻮب ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ.
هریک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند.
روش لایه برداری مکانیکی با استفاده از چسب نواری، برای تولید گرافن تک لایه و کم لایه مناسب می باشد اما راندمان تولید پائین می باشد. روش CVD با وجود اینکه پتانسیل زیادی برای تولید گرافن با سطح بزرگ از خود نشان می دهد، اما نیاز به انتقال نمونه به بستر های دیگر از طریق انتقال مکانیکی و یا از طریق فرآوری محلول به منظور ایجاد وسایل سودمند را دارد. این روش پتانسیل زیادی برای تولید مقدار زیادی از گرافن با هدف استفاده برای کاربردهای الکترونیکی را دارا میباشد.
تجزیه حرارتی ویفر SiC تحت خلاء بالا روش دیگری برای تهیه گرافن می باشد. این روش نیاز به درجه حرارت بالا بیش از 1100 درجه سانتیگراد برای تصعید سیلیکون دارد و کربن های باقی مانده به شکل گرافن مرتب می شوند. این روش می تواند برای الگودهی گرافن مورد استفاده قرار گیرد که برای کاربردهای الکترونیکی مناسب می باشد. نقطه ضعف این روش بسیاری نقص ساختاری در لایه ها می باشد. علاوه بر آن انتقال به بستر های دیگر دشوار است. همچنین، نیاز به شرایط خلاء بالا دارد
تبدیل نانوالماس، تبخیر قوس الکتریکی گرافیت در حضور مخلوط H2/He و رسوب دهی بخار شیمیایی با پلاسما ی غنی شده با میکروویو نیز برای تولید گرافن استفاده شده است. این روش باعث تولید مقادیری از سایر مواد ناخواسته ی کربنی می شود .
ایجاد تعلیق کلوئیدی از گرافیت و مشتقات گرافیت (مانند اکسید های گرافیت، ترکیبات بین لایه ای گرافیت و گرافیت بسط پذیر روش دیگری برای سنتز گرافن می باشد. (22)(23)(24)
اگر ماده شروع کننده گرافیت باشد، تعلیق کلوئیدی از گرافن می تواند در حلال های مختلف به دست آید اما گرافن به دست آمده با غلظت کم در اندازه ی کوچک می باشد. همچنین باقی مانده ی حلال ها ممکن است بر روی سطح گرافن باقی بماند و کاربردهای آن را محدود کند .
برای تهیه گرافن همچنین می توان از روش های ورقه ورقه شدن گرافیت توسط واکنش های شامل مواد بین لایه ای و یا از طریق شوک حرارتی بعد از در معرض قرار دادن گرافیت طبیعی یا بسط پذیر با اسید نیز استفاده کرد. با این حال، این روش ها وقت گیر می باشند.
لایه برداری الکتروشیمیایی از گرافیت، روش دیگری برای تولید گرافن می باشد. اما این روش ها نیز نیاز به ولتاژ بالا دارد و معمولا چند مرحله ای و زمانگیر هستند.  بنابراین، ارائه ی یک روش آسان، ساده و مستقیم برای تولید گرافن در مقیاس بالا و بدون نقص با مساحت بزرگ یک چالش بزرگ است. (25)(26)(27)(28)

جدول1-3:روش های ساخت گرافن
1-9 ارتقاء کیفیت اکسید گرافن:
افزایش انحلال پذیری گرافن اکساید باعث بالا رفتن کاربرد و کیفیت آن می شود.برای اقزایش انحلال پذیری گرافن اکساید از اﺗﺼﺎل ﻣﻮﻟﻜﻮﻟﻬﺎي آﻟﻲ و ﻳﺎ ﭘﻠﻴﻤﺮ ﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ داراي ﮔﺮوﻫﺎي ﻋﺎﻣﻠﻲ اﻧﺤﻼل ﭘﺬﻳﺮ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﺑﻪ ﮔﺮوﻫﻬﺎي اﻟﻜﻠﻲ و اﺳﻴﺪي ﺳﻄﺢ اﻛﺴﻴﺪ ﮔﺮاﻓﻦ استفاده می کنیم. 
به طور معمول عامل‌دار کردن شیمیایی گرافن یا از طریق ایجاد پیوندهای کوالانسی میان گروه‌های عاملی مختلف با سطح گرافن و یا از طریق جذب غیرکووالانسی این گروه‌های عاملی به سطح این ساختارهای نانومقیاس صورت می‌پذیرد. ایجاد پیوندهای کوالانسی میان گروه‌های عاملی با گرافن بسیار نویدبخش است، زیرا اتصال ایجاد شده بسیار محکم است. با این حال اگر این عامل‌دار کردن کووالانسی در سطح وسیعی صورت پذیرد، می‌تواند ویژگی‌های الکتریکی و مکانیکی گرافن را تغییر دهد، بنابراین کنترل میزان عامل‌دار شدن شیمیایی عموماً از اهمیت بالایی برخوردار است.
۱-۱۰ ویژگی های گرافن:
ﮔﺮاﻓﻦ داراي ﺧﺼﻮﺻﻴﺎت ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ و ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﻗﺎﺑﻞملاحظه ای است از جمله:
وﻳﮋﮔﻲ ﻫﺎي اﻟﻜﺘﺮوﻧﻲ :ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﺎﻻﺗﺮﻳﻦ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺟﺮﻳﺎن و ﺗﺤﺮك ذاﺗﻲ ﺣﺎﻣﻞ را داراﺳﺖ .ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺟﺮﻳﺎن ﮔﺮاﻓﻦ ﺣﺪود ﻳﻚ ﻣﻴﻠﻴﻮن ﺑﺮاﺑﺮ ﻣﺲ در دﻣﺎي اﺗﺎق اﺳﺖ .ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺗﺤﺮك ذاﺗﻲ آن ﺻﺪ ﺑﺮاﺑﺮ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن اﺳﺖ .ﻛﻪ ﺑﻴﺎﻧﮕﺮ آن اﺳﺖ ﻛﻪ ﮔﺮاﻓﻦ ﻗﺎدر ﺑﻪ ﺣﻤﻞ اﻟﻜﺘﺮﻳﺴﻴﺘﻪ ﺑﺎﻻ اﺳﺖ و ﺑﺎزدﻫﻲ



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید