يشترك باحثون من جامعة التخنيون ورايس في طريقة لإنتاج كميات كبيرة من الجرافين

وتمكن الباحثون من إنتاج أفلام رقيقة وشفافة وموصلة للكهرباء، والتي يمكن استخدامها لصنع شاشات لمس أرخص

نجح باحثون وباحثون من جامعة "رايس" في هيوستن بولاية تكساس، في تطوير طريقة مبتكرة لإنتاج كميات كبيرة نسبيا من طبقات الكربون بسماكة ذرة واحدة، تسمى "الجرافين". قد يؤدي التطوير إلى مواد مركبة وشاشات تعمل باللمس أرخص. وهذا ما تكشفه المجلة العلمية المرموقة Nature Nanotechnology.

"عندما ترتبط طبقات "الجرافين" ببعضها البعض، فإنها تشكل الجرافيت، وهو "الرصاص" في أقلام الكتابة"، يوضح البروفيسور أشعيا تالمون، رئيس معهد راسل بيري لأبحاث تكنولوجيا النانو في التخنيون وأحد الباحثين عضو هيئة التدريس في كلية الهندسة الكيميائية: "لقد كان هذا معروفًا منذ مئات السنين، ومع ذلك، لم يتمكن الباحثون من تحديد طبقات الجرافين الفردية إلا في عام 2004. ومنذ ذلك الحين، قام العديد من العلماء بإجراء أبحاث على الجرافين، لأنه مادة قوية بشكل خاص ولها موصلية عالية أيضًا.

يقول البروفيسور ماتيو باسكوالي من جامعة رايس، الشريك البحثي، إن هناك طرق لإنتاج كميات كبيرة من الجرافين بشوائب مختلفة وهناك طرق لإنتاج كميات صغيرة من الجرافين النقي (بدون شوائب). ويضيف: "إن طريقتنا توفر مادة نقية للغاية، وتستخدم أساليب كانت تستخدم في الماضي لإنتاج كميات كبيرة من المواد في الصناعة الكيميائية". "وجد فريقنا البحثي أن الجرافين يمكن إذابته في حمض الكلوروسلفونيك، وهو مذيب صناعي معروف. لقد فوجئنا بفصل طبقات الجرافين الفردية عن الجرافيت الموجود في الحمض. لقد تمكنا من إذابة ما يصل إلى 2 مليجرام من الجرافين في لتر من الحمض، وهي تركيزات أكبر بعشر مرات مما يمكن الحصول عليه بالطرق التقليدية."

واستخدمت المجموعة البحثية طرقًا مبتكرة للمجهر الإلكتروني منخفض الحرارة، مما يسمح بالتصوير المباشر لطبقة الجرافين في حمض الكلوروسلفونيك. يقول البروفيسور ياشين كوهين، عميد كلية الهندسة الكيميائية في التخنيون وعضو فريق البحث: "لقد استخدمنا طرق البحث التي طورناها سابقًا لتصوير أنابيب الكربون النانوية في الحمض". "هذا إنجاز كبير بالنظر إلى طبيعة الحمض القوي والصعوبات في إعداد نماذج للمجهر الإلكتروني والتصوير نفسه."

وباستخدام المحاليل المركزة في الحمض، تمكن الفريق من تحضير أغشية رقيقة وشفافة وموصلة للكهرباء. ويمكن استخدام مثل هذه الأفلام لصنع شاشات تعمل باللمس أرخص من تلك المستخدمة حاليا في الهواتف المحمولة، على سبيل المثال. وتمكن الباحثون أيضًا من تحضير بلورات سائلة من الجرافين في الحمض.

يقول باحث آخر في الفريق، البروفيسور جيمس تور من جامعة رايس: "إذا أمكن صنع بلورات سائلة، فمن الممكن نسجها في ألياف". "في البلورات السائلة، تصطف الطبقات الفردية بحيث يمكن حقن المادة من خلال فوهات مناسبة لغزل الألياف".

وإذا أثبتت هذه الطريقة فعاليتها في صنع كميات كبيرة من الألياف، فإنها ستخفض سعر المركبات عالية القوة المستخدمة في صناعات الطيران والسيارات والبناء.