معرفی گرافن اکساید: شکل و ساختار
گرافن (به انگلیسی: Graphene) نامِ یکی از آلوتروپهایِ کربن است. این ماده با استفاده از یک ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی تشکیلشده است که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم کربن دیگر متصل شدهاست.
یک الکترون ظرفیت باقیمانده نیز بر روی کل صفحه گرافین و بین تمام اتمها به اشتراک گذاشتهشده و الکترونِ آزاد است. در صورت وجود ناخالصی بر روی صفحات گرافن مانند اکسیژن این الکترون به صورت پیوند در پیوند میان کربن با اکسیژن شرکت میکند. در گرافیت (فراوانترین آلوتروپ کربن)، هر کدام از اتمهایِ چهارظرفیتیِ کربن، با سه پیوندِ کووالانسی به سه اتمِ کربنِ دیگر متصل شدهاند و یک شبکه گسترده را تشکیل دادهاند.
این لایه خود بر رویِ لایهای کاملاً مشابه قرار گرفتهاست و به این ترتیب، چهارمین الکترونِ ظرفیت نیز یک پیوندِ شیمیایی دادهاست، اما این پیوندِ این الکترونِ چهارم، از نوعِ پیوندِ واندروالسی است که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایههایِ گرافیت به راحتی بر رویِ هم سر میخورند و میتوانند در نوکِ مداد به کار بروند. گرافین مادهای است که در آن تنها یکی از این لایههایِ گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترونِ پیوندیِ کربن، به عنوان الکترونِ آزاد باقیمانده است.
آیا نانو پودر اکسید گرافن عایق الکتریکی هست؟
بله و نه — بستگی دارد. نانو پودر اکسید گرافن (GO) خودِ خالص معمولاً عایق یا نیمهرساناست، چون گروههای اکسیژن (هیدروکسیل، اپوکسید، کربوکسیل) ساختار π الکترونها را مختل کرده و رسانایی الکتریکی را بسیار کاهش میدهد. بنابراین GO در مقایسه با گرافن بازیافتی رسانای کمتری دارد و میتواند نقش عایق یا تنظیمکننده هدایت داشته باشد.
اما چند نکته مهم در خصوص گرافن اکسید:
- اندازه ذرات (10–18نانومتر) بهتنهایی تعیینکنندهی عایق بودن نیست؛ درجه اکسیداسیون، خلوص، رطوبت، فاز (پودر خشک یا سوسپانسیون) و نحوه فشردهسازی/پخت روی رسانایی تاثیر زیادی دارند.
- اگر گرافن اکساید را با کاهش شیمیایی یا حرارتی احیا کنند-نانو اکسید گرافن احیا شده (rGO)، رسانایی بهطور چشمگیری افزایش مییابد و دیگر عایق نخواهد بود.
- مقادیر کم اکسید گرافن داخل ماتریس پلیمری ممکن است عایق را نگه دارد، ولی مقادیر بالاتر یا شبکههای پیوسته میتواند منجر به عبور جریان شود.
- برای کاربردهای حساس به هدایت الکتریکی، بهتر است مشخصات فنی اکسید گرافن (میزان O/C، مقاومت سطحی، روش تولید) از تامینکننده بپرسید یا مقاومت/هدایت نمونه را اندازهگیری کنید.