الطيات في الجرافين تضعف موصليته

تمكن فريق بحثي بقيادة كيميائيين من جامعة بوفالو من ملاحظة "سحب" الإلكترونات الموجودة على سطح مادة الجرافين 

وتمكن فريق بحثي بقيادة كيميائيين من جامعة بوفالو من ملاحظة "سحب" الإلكترونات الموجودة على سطح مادة الجرافين، بينما حصل على صور توضح كيف يمكن أن تؤدي الطيات الموجودة فيها إلى إتلاف موصليتها الكهربائية.

الجرافين، أنحف وأقوى مادة عرفها الإنسان، يتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة في هياكل سداسية على شكل قرص عسل. إن البنية الفريدة للجرافين تجعله مادة موصلة غير عادية: في ظل الظروف المثالية، عندما يكون الجرافين مسطحًا تمامًا، تمر شحنة كهربائية عبره دون مواجهة أي عائق (أي أنه لا يتمتع بمقاومة كهربائية صفر)، كما قال أحد مؤلفي البحث. المقال عن الدراسة المنشور في المجلة العلمية Nature Communications. ومع ذلك، فإن الظروف ليست دائما الأمثل.

تُظهر الصور الجديدة التي تم الحصول عليها أنه عندما يتم طي الجرافين أو ثنيه، تصبح سحابة الإلكترون المحيطة بسطحه منحنية أيضًا، مما يجعل من الصعب على الشحنة الكهربائية التحرك عبرها بكفاءة. يوضح الباحث: "عندما يكون الجرافين مسطحًا تمامًا، فإن الشحنة ببساطة "تطفو" على طول السحابة ولا تحتاج إلى القفز فوق أي شيء، تمامًا مثل القيادة على الطريق السريع". "ومع ذلك، إذا قمت بثني الجرافين، فسيواجه الآن العديد من العوائق؛ تخيل الفرق بين الطريق السريع الممهد حديثًا والطريق الذي تتم فيه أعمال الصيانة ويتطلب منك اتخاذ تحويلات. يوضح الباحث: "يمكن تصور السحابة الإلكترونية على أنها وسادة كبيرة ناعمة مع ثني الوسادة في عدة نقاط".

ومن أجل الحصول على الصور، استخدم الباحثون طريقتين للقياس المتقدمتين تتضمن استخدام مجاهر خاصة، وبمساعدة المحاكاة الحاسوبية. وقال الباحث الرئيسي: "من خلال عمليات المحاكاة، نحن قادرون على فهم أفضل للقياسات التي أجراها زملائنا باستخدام حزم الأشعة السينية، وإجراء تنبؤات أفضل حول تأثيرات التغييرات الصغيرة في بنية الجرافين على خصائصه الإلكترونية". "لقد رأينا أن هناك مناطق معينة من الجرافين ذات منحدرات بزوايا مختلفة، مثل النظر إلى الأسطح المنحدرة للعديد من المنازل القريبة من بعضها البعض."

بالإضافة إلى توثيق أن الطيات في الجرافين تدمر تجانس السحابة الإلكترونية، اكتشف فريق البحث أن الشوائب التي تلتصق بالجرافين أثناء معالجته تبقى في المنافذ الموجودة في المناطق غير المنتظمة من المادة. تعمل هذه الشوائب على تشويه السحابة الإلكترونية وبالتالي تغيير قوة ارتباطها بذرات الكربون.

وقد ولدت خصائص الجرافين الاستثنائية إثارة هائلة في مجموعة متنوعة من الصناعات، مثل أجهزة الكمبيوتر والطاقة والدفاع. يدعي العلماء أن الموصلية الكهربائية للجرافين تساوي تلك الخاصة بالنحاس، وأن الموصلية الحرارية للجرافين هي الأكثر شهرة اليوم. ومع ذلك، يشير البحث الجديد إلى أن الشركات التي تأمل في دمج الجرافين في منتجات مثل الحبر الموصل والترانزستورات فائقة السرعة والألواح الشمسية ستستفيد من الأبحاث الأساسية في المواد النانوية.

يمكن أن تؤدي العمليات المحسنة لتحويل الصفائح المسطحة من الجرافين إلى منتجات تجارية إلى زيادة كفاءة المنتج بشكل كبير. يوضح الباحث: "يعرف العديد من العلماء الآن كيفية إنتاج الجرافين، لكن لا يزال من غير الواضح تمامًا كيفية تحويله إلى منتج آخر دون طيه على نفسه". إن الحفاظ على الورقة مستقيمة ومسطحة يمثل تحديًا خطيرًا، ويبدأ بحثنا في توضيح سبب أهمية هذه الميزة."
أخبار الدراسة