חוקרים הצליחו לפתח לאחרונה עמודות של ננו-גרפן, מספר שכבות של ננו-גרפן המוערמות אחת מעל השנייה, מערכות מולקולאריות שתוכלנה לשמש בעתיד בתור יסודות תפקודיים, למשל ביישומים של תאים סולאריים
[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]
גרפן הוא חומר פחמני היוצר שכבות דקיקות במיוחד. בזכות התכונות יוצאות הדופן שלו, הוא חומר מעניין במגוון תחומים יישומיים. המסקנה הזו נכונה גם עבור כל משפחת החומרים השייכים לקבוצה ‘פחמימנים ארומטיים רב-טבעתיים’ (PAHs), שניתן להתייחס אליהם כאל משטחי רוחב של גרפן. חומרים אלו מהווים חומרים מבטיחים עבור תחום הפוטווולטאים או לטרנזיסטורים מסוג ‘תוצא שדה חשמלי’ (field-effect). מולקולות פחמימנים ארומטיים רב-טבעתיים גדולות, בתצורת חד-שכבה – שלרוב מכונים בשם ננו-גרפנים, נחקרים באופן מעמיק מזה זמן רב. בניגוד לכך, מעט ידוע באשר למולקולות כאלו המאורגנות בתצורת ערמות רב-שכבתיות בצורת עמודה.
כעת, נסללת הדרך לפיתוח גישה חדשנית לייצור חומרים אלו: חוקרים מאוניברסיטת וירצבורג בגרמניה פיתחו שיטה מתוחכמת לייצור ננו-גרפנים רב-שכבתיים באופן מדוייק ומתוכנן, כפי שפורסם זה מכבר בכתב העת המדעי Nature Chemistry. “במעבדה שלנו, הצלחנו לסנתז ננו-גרפן בהתאמה אישית המכיל שני מתחמים פתוחים משני צידי הליבה המישורית”, מסביר החוקר הראשי. המתחמים הללו נוצרו על ידי החיבור של מתמירים נפחיים. כתוצאה מכך, ננו-הגרפן יכול לשלב בתוכו לכל היותר שני מולקולות קטנות יותר מסוג פחמימנים ארומטיים רב-טבעתיים, אחד בצד העליון ושני בצד התחתון שלו. במסגרת הניסויים שלהם, החוקרים הבחינו כי ננו-הגרפן יכול ליצור בתמיסה תצמידים דו- ותלת-שכבתיים עם אותם פחמימנים ארומטיים רב-טבעתיים. בנוסף, צוות המחקר הצליח לבודד זוגות של תצמידים אלו בתור מוצקים, כלומר בתצורת ארבע- ושש-שכבות וכן בתצורות נוספות. הפרטים המבניים של תוצרים אלו אוששו על ידי חישובים קוונטיים ומחקרי קישור כימי.
יישום אפשרי בתאים סולאריים
“הרעיון שלנו אודות ארגון ננו-גרפנים רב-שכבתיים יוכל להיות מיושם לעיצוב של חומרים אורגניים תפקודיים”, אמר החוקר הראשי. הוא ממשיך וטוען כי האסטרטגיה של שימוש בננו-גרפנים רב-שכבתיים עבור ייצור נשאי מטען בתאים סולאריים היא מבטיחה לעתיד.
עוד בנושא באתר הידען:
