گرافن در اختراعات و فناوری های جدید

گرافن یکی از تطبیق ‌پذیرترین مواد جهان است و پژوهش ها نشان می دهد که می ‌توان از این ترکیب مبتنی بر کربن در ساخت سیستم‌ های فیلتر آب، جایگزینی باتری ها، نمایشگرهای تلفن همراه و حتی دستگاه های بیونیکی قابل جذب بهتر در بدن انسان استفاده کرد.

لاستیک محکم تر و کشسان تر ـ پژوهشگران دانشگاه های انگلیس دریافته ‌اند که از گرافن می ‌توان برای ارتقای استحکام و کشسانی لاستیک بهره برد. این پژوهشگران متوجه شدند که چگونه افزودن گرافن می ‌تواند بر ویژگی های مواد لاستیکی تأثیر بگذارد. آن ها در این پژوهش، انواع و مقادیر مختلف گرافن را با یک نوع طبیعی از لاستیک حاوی «پلی‌ ایزوپرن» و یک نوع مصنوعی موسوم به «پلی‌اورتان» ترکیب کردند.

دانشمندان دریافتند در بسیاری از موارد، مواد کامپوزیت بعدی توانستند نیروی بیشتری را تحمل کنند و حتی در درجه بسیار بزرگتری نسبت به یک لاستیک معمولی کشیده شوند. آن‌ ها متوجه شدند که افزودن حتی مقادیر کمی از گرافن به لاستیک برای ارتقای ۵۰ درصدی استحکام و کشسانی آن کافی است.

به گفته محققان، یک کامپوزیت به ترکیب ویژگی‌ های نرم و سبک یک ماده با قدرت ماده دیگر می ‌پردازد و منجر به جسم جدیدی می ‌شود که محکم و همچنین سبک است. این اصل به طور رایجی در ساخت کامپوزیت ‌های کِولار موجود در جلیقه ‌های ضدگلوله و کامپوزیت ‌های فیبرکربن مورد استفاده در خودروهای مسابقه ای دیده می ‌شود. در این پژوهش، محققان توانستند لاستیک نازک را پس از افزودن گرافن به آن، محکم تر و کشسان ‌تر کنند. آن ‌ها از اکسید گرافن استفاده کردند که در زمان پراکنده شدن در آب نسبت به گرافن معمولی باثبات ‌تر است. این ویژگی ها به پژوهشگران اجازه داد هر دو ماده را با استفاده از فرآیند قالب ‌گیری غوطه ‌وری با هم ترکیب کنند. آن ‌ها بر این باور هستند که می ‌توان از ترکیب جدید برای ساخت مواد بهتر برای پوشش ‌های ورزشی و دستگاه‌های پزشکی استفاده کرد.

چاپ تجهیزات روی پوست ـ پژوهشگران با استفاده از گرافن، ایده ساخت تجهیزات پوشیدنی و چاپی روی پوست را به واقعیت نزدیک کردند. تجهیزات پوشیدنی به سرعت در حال نفوذ در جوامع هستند و اکنون پژوهشگران به این باور رسیده اند که گرافن به عنوان باریک ترین، مستحکم ترین و رساناترین ماده جهان می تواند درهای جدیدی در این عرصه بگشاید. محققان آینده نزدیکی را تصور می کنند که در آن تجهیزات هوشمند بدون نیاز به باتری به راحتی روی پوست چاپ می شوند. این دسته از

فناوری ها آن چنان انعطاف پذیر هستند که می توان آن ها را با الیاف نیز در هم آمیخت و حتی از طریق چنین سیستم هایی ارتباط بی سیم با شبکه جهانی اینترنت برقرار کرد. این ایده جاه طلبانه ای است که در ذهن پژوهشگرانی همچون «دکتر ژیران هو» از دانشگاه منچستر وجود دارد. او روی پروژه ای کار می کند تا چنین ایده ای را به واقعیت تبدیل کند. تاکنون وی و همکارانش موفق به طراحی و تولید ریزآنتن هایی با استفاده از گرافن شده اند. با استفاده از این تجهیزات خطوط انتقال و ارتباطی توسعه چشمگیری پیدا می کند. پژوهشگران برای بررسی این که آیا گرافن انتخاب خوبی برای توسعه این دسته از فناوری ها است یا نه، آزمایشات مختلفی انجام داده و حالا به این نتیجه رسیده اند که این ماده ارزشمند قابلیت رقابت با گران ترین ماده های مشابه در دنیا را دارد. با استفاده از این ماده می توان تجهیزات پوشیدنی و قابل چاپی ارایه کرد که دمای بدن، وضعیت سلامتی ماهیچه ها و میزان رطوبت را به طرزی هوشمندانه ای کنترل می کنند.

حسگر گرافن با حساسیت بالا ـ پژوهشگران دانشگاه ملی سنگاپور یک حسگر مغناطیسی جدید هیبریدی طراحی کرده ‌اند که ۲۰۰ برابر حساس‌ تر از حسگرهای موجود در بازار است. بیشتر حسگرهای به ‌کار رفته در لوازم منزل مثل یخچال و ماشین لباسشویی از مواد حساس در برابر میدان مغناطیسی و در زمینه سیلیکون ساخته شده ‌اند. اکنون پژوهشگران با تعویض سیلیکون به کار رفته در حسگرهای رایج با گرافن و نیتریت بور، حساسیت حسگرهای معمولی را تا ۲۰۰ برابر افزایش دادند. پژوهشگران در این مطالعه با استفاده از نیتریت بور به عنوان زیرلایه ورق گرافن، سرعت انتقال الکترون ‌ها در طول ماده را به شدت افزایش دادند.

متخصص الکترونیکی از دانشگاه سنگاپور در مورد این دستاورد اظهار کرد: “با جایگزینی گرافن و نیتریت‌ بور، سرعت الکترون‌ ها افزایش یافته و به دنبال آن حساسیت الکترون ‌ها به میدان مغناطیسی بسیار افزایش می ‌یابد. یکی از ویژگی ‌های مثبت این روش علاوه بر افزایش سرعت، حساسیت زیاد به میدان ‌های مغناطیسی با قدرت کم و حفظ حساسیت در صورت کاهش یا افزایش دما است.”

پژوهشگران معتقدند که با رونمایی از این دستاورد، بازار میلیارد دلاری انحصاری حسگرهای مغناطیسی در هم شکسته و قیمت آن ها به نحو چشمگیری کاهش خواهد یافت.بهترین میکروفون های جهان ـاز گرافن به عنوان ماده ای یاد می شود که کاربردهای فراوانی در ارایه فناوری های نوظهور دارد. حالا هم یکی از کاربردی ترین آن ها یعنی میکروفون با استفاده از این ماده ساخته شده است.

بهترین میکروفون های جهان در آینده ای نه چندان دور با استفاده از گرافن ساخته می شوند. این نوآوری توسط گروهی از پژوهشگران در دانشگاه بلگراد صربستان ارایه شده است. آن ها با آگاهی از این موضوع که گرافن ساختار کربنی با ویژگی رسانایی چشمگیری دارد، دریافته اند که می توان از این خاصیت استثنایی برای ردیابی امواج صوتی با فرکانس های بالا و ضعیف استفاده کرد. این پژوهشگران توانسته اند نخستین میکروفون مبتنی بر گرافن متراکم کننده امواج صوتی در جهان را ارایه کنند. نکته جالب توجه این است که این فناوری جدید ۳۲ بار حساس تر از میکروفون های نیکلی در ردیابی امواج صوتی با فرکانس قابل شنیدن است. پیش بینی می شود میکروفون های گرافنی که در آینده ساخته می شوند قابلیت ردیابی امواج صوتی فراتر از دامنه قابل شنود توسط سیستم شنوایی انسان را داشته باشند. پژوهشگران برای ساخت این میکروفون در ابتدا با استفاده از نوعی فرآیند تولید بخار شیمیایی، ورقه هایی از گرافن را روی سطحی از نیکل ایجاد کردند. پژوهشگران در ادامه نیکل را از مدار خارج کرده و صفحه گرافنی شامل ۶۰ لایه از اتم های کربنی را روی یک میکروفون معمولی نصب کردند. آن چه که این پژوهشگران ارایه کرده اند فعلاً در حد یک فناوری پیش ساخته است اما تا همین جای کار هم نتایج امیدوار کننده ای حاصل شده به طوری که حساسیت این فناوری جدید در تشخیص امواج صوتی ۱۵ دسی بل فراتر از دستگاه های مشابه قبلی عنوان شده است.

کاغذهای لغزنده و متحرک ـ پژوهشگران نوعی کاغذهای لغزنده و راه‌ رونده را طراحی کرده اند و قصد دارند از آن ها برای طراحی عضلات ربات استفاده کنند. کاغذهای طراحی شده تاشوی پژوهشگران چینی روی سطوح صاف می ‌لغزد و حرکت می ‌کند. این کاغذها با استفاده از گرافن و امواج مادون قرمز ساخته شده اند و روی سطوح مثل کرم حرکت می ‌کنند. حرکت این کاغذها با کمک لیزر مادون قرمز است. زمانی که منطقه ‌ای از کاغذ با کمک لیزر داغ شود، منجر به منقبض شدن منطقه فعال شده و کاغذ حرکت می‌ کند و زمانی که خاموش شود، کاغذ منبسط می‌ شود. پژوهشگران امیدوارند از این سازه در ساخت عضلات ربات ‌ها و حسگرهای ارزان استفاده کنند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.