سنتز موفقیت‌آمیز گرافین، یک آلوتروپ دیگر کربن

محققان دانشگاه کلرادو بولدر موفق به سنتز گرافین (Graphyne) شدند، ماده‌ای که دهه‌ها پیش نظریه‌پردازی شده بود، اما هرگز با موفقیت تولید آن انجام نشده بود.

کد خبر: ۱۰۱۳۳۸۶

دوشنبه - ۰۹ خرداد ۱۴۰۱ / May 30, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه کلرادو بولدر موفق به سنتز گرافین (Graphyne) شدند، ماده‌ای که دهه‌ها پیش نظریه‌پردازی شده بود، اما هرگز با موفقیت تولید آن انجام نشده بود.

بیش از یک دهه است که دانشمندان تلاش کرده‌اند شکل جدیدی از کربن به نام گرافین را با موفقیت محدودی سنتز کنند. این تلاش اکنون به لطف تحقیقات جدید دانشگاه کلرادو بولدر به پایان رسیده است.

گرافین از دیرباز به دلیل شباهت‌ها با گرافن مورد توجه دانشمندان بوده است. با این حال، علی‌رغم چندین دهه کار و نظریه پردازی، نتایج امیدوارکننده‌ای به دست نیامده است.

نتایج این تحقیق که در ۹ می ۲۰۲۲ در مجله Nature Synthesis منتشر شد، یک شکاف بزرگ در علم مواد کربنی را پر می‌کند و به طور بالقوه فرصت‌های جدیدی را برای تحقیقات در حوزه الکترونیک، اپتیک و مواد نیمه‌هادی باز می‌کند.

ییمینگ هو از محققان این پروژه و نویسنده اصلی این مقاله گفت: «جامعه علمی واقعاً از اینکه این مشکل دیرینه بالاخره حل شد، هیجان‌زده هستند.»

دانشمندان از دیرباز به دلیل سودمندی کربن برای صنعت و همچنین تطبیق پذیری آن، به ساخت آلوتروپ‌های کربن یا اشکال جدید کربن علاقه‌مند بوده‌اند.

بسته به نحوه استفاده از هیبرید‌های کربن، که به عنوان کربن هیبرید شده sp ۲، sp ۳ و sp نشان داده می‌شوند (یا روش‌های مختلف اتصال اتم‌های کربن به عناصر دیگر) و پیوند‌های مربوط به آن‌ها، روش‌های مختلفی وجود دارد که می‌توان آلوتروپ‌های کربن را ساخت. شناخته شده‌ترین آلوتروپ‌های کربن گرافیت و الماس هستند که به ترتیب از کربن sp ۲ و کربن sp ۳ ایجاد می‌شوند.

با استفاده از روش‌های شیمی سنتی، دانشمندان طی سال‌ها با موفقیت آلوتروپ‌های مختلفی از جمله فولرن (که کشف آن برنده جایزه نوبل شیمی در سال ۱۹۹۶ شد) و گرافن را ایجاد کردند.

با این حال، این روش‌ها اجازه نمی‌دهند که انواع مختلف کربن با هم در هر نوع ظرفیت بزرگی سنتز شوند، مانند آنچه برای گرافین مورد نیاز است، که باعث شده این ماده نظریه‌پردازی شده، که گمان می‌رود دارای خواص رسانایی الکترونی، مکانیکی و نوری منحصربه‌فردی است، در حد یک نظریه باقی بماند.

هو، که دانشجوی دکترا در گروه آزمایشگاهی ژانگ بود، اظهار داشت: «ایجاد گرافین یک سوال قدیمی است. ما این مسئله قدیمی را دوباره مطرح کردیم و از ابزار جدیدی برای حل یک مشکل قدیمی استفاده کردیم که واقعاً مهم است.»

با استفاده از فرآیندی به نام متاتز آلکین و همچنین ترمودینامیک و کنترل جنبشی، این گروه توانست با موفقیت چیزی را ایجاد کند که قبلاً هرگز ساخته نشده بود: ماده‌ای که می‌تواند با رسانایی گرافن رقابت کند.

ژانگ گفت: «تفاوت بسیار بزرگی بین گرافن و گرافین وجود دارد. این ماده می‌تواند نسل بعدی مواد شگفت انگیز باشد. به همین دلیل است که جامعه علمی بسیار هیجان زده هستند.»

در حالی که این ماده با موفقیت ایجاد شده است، این تیم همچنان می‌خواهد جزئیات خاص آن از جمله نحوه ایجاد مواد در مقیاس بزرگ و نحوه دستکاری آن را بررسی کند.»