גישה חדשה לאיתור והעלמת פגמים בחומר גרפן

במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Nature Chemistry, חוקרים מאוניברסיטת בראון מסבירים כיצד הם מסוגלים לאתר במדויק אטומים שונים מפחמן הגורמים לפגמים במהלך הכנתו של החומר גרפן בתהליך המכונה חיזור של תחמוצת גרפן.

פרופסור Vivek Shenoy (מימין) והסטודנט לתואר שני Akbar Bagri בחנו את התצורה האטומית של תחמוצת גרפן והראו שאפשר לאתר פגמים ביריעת גרפן ולטפל בהם. קרדיט Mike Cohea/Brown University
פרופסור Vivek Shenoy (מימין) והסטודנט לתואר שני Akbar Bagri בחנו את התצורה האטומית של תחמוצת גרפן והראו שאפשר לאתר פגמים ביריעת גרפן ולטפל בהם. קרדיט Mike Cohea/Brown University
גרפן (Graphene), משטח פחמן שעוביו אטום יחיד, עשוי להיות במרכז המהפכה הבאה במדעי החומרים. ביריעות זעירות ביותר אלו גלום פוטנציאל רב עבור מגוון יישומים החל מהחלפת החומר צורן בתאים סולאריים ועד לצינון שבבי מחשב.

על אף היכולת הגלומה בו, גרפן ונגזרותיו "הינם חומרים שהבנתנו לגביהם מועטה מאוד," אמר החוקר הראשי, Vivek Shenoy, פרופסור להנדסה באוניברסיטת בראון (Brown). "ככל שנבין טוב יותר את תכונותיהם, כך תיפתחנה בפנינו אפשרויות טכנולוגיות רבות יותר."

החוקר וצוות מדענים אמריקאים השיגו תובנות חדשות לגביי חומרים אפופי מסתורין אלו. צוות המחקר הצליח לאתר במדויק את התצורה האטומית של אטומים שאינם פחמן הגורמים לפגמים במהלך הכנתו של גרפן בתהליך המכונה חיזור של תחמוצת גרפן. כמסקנה ממחקר זה, המדענים ממליצים כיצד לייעל את השיטה הזו באמצעות תיאור מפורט שבו נעשה שימוש בגז מימן – במקום בחום – בכדי להסיר את הזיהומים/פגמים במשטח הגרפן.

המשטחים המיוצרים בתהליך של חיזור תחמוצת גרפן הינם דו-מימדיים ונראים כמישורי פחמן דמויי-כוורת. רוב האטומים בסריג הגבישי הינם פחמנים, שהם החומר הרצוי למדענים. אולם, בתוככי המבנה נשזרים להם גם אטומי חמצן ומימן, אשר פוגמים באחידות המבנה של המשטח. בהפעלת די חום על הגביש חלק מאטומי חמצן אלו נקשרים לאטומי המימן ומורחקים בצורת מים. אולם, חלק מאטומי חמצן אלו עקשניים יותר והם עדיין נותרים בתוככי המבנה.

החוקרים השתמשו בהדמיות של דינאמיקה מולקולארית בכדי לצפות בתצורה האטומית של סריג הגרפן ולקבוע מדוע שאר אטומי החמצן נותרו בכל זאת בתוככי המבנה. הם מצאו כי אטומי החמצן ה"סרבניים" יצרו קשרים כפולים עם אטומי פחמן – מערך כימי יציב מאוד המוליד מתחמים בלתי-סדירים בסריג. אטומי החמצן היוצרים קשרים כפולים עם אטומי הפחמן "הינם בעלי אנרגיה נמוכה מאוד," מסביר החוקר הראשי. "הם בלתי-פעילים, ולכן קשה להרחיקם מהמבנה."

עתה, משהחוקרים הבינו את המאפיינים של אטומי החמצן העקשניים בגרפן, הם ממליצים להוסיף אטומי מימן בכמויות קבועות ובאזורים מוגדרים וטוענים כי זו הדרך הטובה ביותר לחזר עוד ועוד את תחמוצת הגרפן. שיטה מבטיחה אחת שכזו, מסבירים החוקרים במאמרם, הינה להזרים מימן לאותן הנקודות שבהן אטומי החמצן נקשרו לאטומי המימן ויצרו נישות רחבות. בשלב הבא, אטומי המימן והחמצן אמורים לחבור יחדיו ליצירת קבוצות הידרוקסיל ולצאת מהגביש, כלומר "לתקן את החור," כמאמר החוקר הראשי. גישה נוספת הינה להרחיק את זיהומי החמצן באמצעות התמקדות באזורים שבהם נוצרו קרבונילים – אטומי פחמן המחוברים בקשר כפול לאטומי חמצן. בעקבות החדרת מימן, סבורים החוקרים, אטומי החמצן יוכלו להיתלש מהמבנה בצורת פרודות מים.

בשלב הבא מתכננים החוקרים לבדוק את גישות המימן שלהן וכן לבחון את התכונות של תחמוצת הגרפן לכשעצמן ביתר פירוט.

הידיעה מהאוניברסיטה

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

תגובה אחת

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן