گرافن با داشتن ویژگیهای چندگانه فوقالعاده خود و دریچهای که به سوی کاربردهای متنوع فناوری جدید میگشاید، به عنوان یکی از پرطرفدارترین مواد نوین مطرح است.
به گزارش پایگاه خبری گسترش، روزنامه صمت نوشت: گرافن، جدیدترین عضو خانواده نانومواد کربنی، در سال ۱۳۸۳ از سوی آندره گایم و کنستانتین نووسلف در دانشگاه منچستر سنتز و با اعطای جایزه نوبل فیزیک ۱۳۸۹ که به افتخار ساخت این ماده دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت، به جهان علم و فناوری معرفی شد. اکتشاف گرافن موج گستردهای از پژوهشها و فعالیتهای علمی را به این «ماده شگفتانگیز» در قرن ۲۱م معطوف کرد. گرافن به عنوان یک ساختار دوبعدی از لایههای منفرد لانه زنبوری از جنس کربن ساخته شده است. این ماده به دلیل ویژگیهای یگانه خود محبوبیت زیادی میان جامعه علمی پیدا کرده است. ویژگیهای منحصر گرافن موجب شده تا طیف وسیعی از پژوهشها به سوی این ماده جادویی قرن ۲۱م روانه شود. از جمله خواصی که پژوهشگران را به سوی این ماده و استفاده کاربردی آن میکشاند شفافیت، رسانش و الاستیسیته است که آن را برای استفاده در وسایل الکترونیکی انعطافپذیر مناسب میسازد. تحرکپذیری الکترونی µ بالا و نازکی فوقالعاده از این ماده ترازیستورهای کارآمدی برای کاربرد RF میسازد. شفافیت، غیرقابل نفوذ بودن و رسانش آن را برای پوششهای محافظ شفاف مناسب میکند. فهرست کاربردی از این صفات ترکیبی در حال گسترش است و این ویژگی است که گرافن را در تحقیقوتوسعه خاص کرده است. این ماده به علت ویژگیهای شیمیایی-فیزیکی منحصر خود، در صنایع مختلفی مانند انرژی، الکترونیک، کامپوزیت، پوششها، زیستپزشکی، حسگرها، اتومبیل و هوافضا کاربرد دارد. گرافن همچنین ظرفیت ویژهای برای استفاده در نسل آینده فناوریهای نوینی چون تراشههای رایانهای، تلفنهای همراه، اینترنت، ابزار الکترونیکی، نمایشگرهای انعطافپذیر، پیلهای خورشیدی و کامپوزیتهای ساختاری را دارد. جاذبههایی این چنین نهتنها سبب توجه بخش علمی و پژوهشی، که بخشهای صنعتی و سرمایهگذاران دولتی و خصوصی به این ماده شده است؛ به نحوی که در بسیاری از کشورها حمایتهای زیرساختی برای توسعه این ماده درنظر گرفته شده است. امریکا، اروپا، کرهجنوبی، انگلیس، چین، ژاپن و دیگر کشورهای آسیایی سرمایهگذاری مالی گستردهای در این حوزه داشتهاند. امریکا و کرهجنوبی از کشورهای پیشرو در تولید انبوه گرافن هستند. دو شرکت سامسونگ و IBM نیز از این دو کشور، به عنوان اصلیترین صاحبان پتنت در بخش گرافن هستند. درحالحاضر شرکتهای بسیاری در جهان روی گرافن و محصولات گرافنی سرمایهگذاری کردهاند و محصولات زیادی مانند وسایل الکترونیکی با کمک گرافن تولید شده است. پیشبینیهای شرکتهای معتبر نشان میدهد که بازار گرافن درحال گسترش بوده و سرمایهگذاری در این حوزه ادامه دارد. وضعیت تولید جهانی گرافن تا چند سال پیش تنها تعداد معدودی از شرکتهای دانشبنیان حجم بالایی از صفحات گرافنی را تولید میکردند. اما به تازگی شرکتهای بسیاری شکل گرفتهاند که درحالحاضر صفحات گرافنی با مساحت و خلوص بالا در مقیاس صنعتی تولید و به بازار عرضه میکنند، این صنعت به ویژه در چین پیشرفت زیادی داشته است. انتخاب فرآیند تولید انبوه به عواملی همچون بازده، هزینه، آلودگیها، راحتی تولید، مقیاس تولید و ویژگیهای مورفولوژی و ساختار ذاتی محصول هر روش تولیدی برای مثال ضخامت، ابعاد صفحات، شیمی سطح، قابلیت انحلال، میزان عیوب و ناخالصی و هدایت الکتریکی و حرارتی بستگی دارد. برای تولید تکلایه یا چندلایهای یکپارچه گرافنی با عملکرد و بازده بالا چالشهایی پیش روی تمامی روشهای تولید انبوه وجود دارد. چینش شیمیایی و CVD دو روش عمده تولید صفحات بزرگ گرافنی است. چینش شیمیایی روی زیرپایههای مختلف در دمای پایین قابل انجام است ولی فیلم بهدست آمده خواص ضعیف هدایت الکتریکی از خود نشان میدهد. در روش CVD امکان تولید فیلم گرافنی با کیفیت بالا از طریق تجزیه هیدروکربنها روی صفحات فلزی (مس، نیکل، پلاتین و آلیاژها) در دمای بالا وجود دارد که پس از فرآیند سنتز این پوشش با روشهای مختلف به زیرپایهای همچون شیشه یا پلیمر برای استفاده در کاربرد فیلم هادی شفاف منتقل میشود. تولید صنعتی پولکهای گرافنی لایهبرداری گرافیت روشی است که به طور عمده برای تولید پولکهای گرافنی در مقیاس صنعتی استفاده میشود. برخلاف تولید انبوه ماده پولک گرافنی، صنعت تولید محصولاتی کاربردی با استفاده از پولکهای گرافنی هنوز در مراحل اولیه خود به سر میبرند. تمامی تولیدکنندگان گرافن تلاشهایی برای استفاده از این مواد در کاربردهای مختلفی چون ذخیره انرژی، کامپوزیتها و پوششهای ویژه الکترونیکی کردهاند. چین یکی از بزرگترین کشورهای تولیدکننده باتری لیتیومی در دنیاست. پژوهش برای استفاده از پولکهای گرافنی در باتریهای لیتیومی به عنوان افزودنی هادی در الکترودها یا پوششهای کلکتور جریان در چین بیشترین سابقه را نسبت به دیگر نقاط دنیا دارد. به واسطه ساختار دوبعدی، هدایت الکتریکی بالا و خاصیت نفوذناپذیری پولکهای گرافنی استفاده از این ماده در زمینه پوششهای آنتیاستاتیک و ضدخوردگی نیز مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. زمینه دیگر پژوهشهای کاربردی در چین، استفاده از پولکهای گرافنی با هدایت حرارتی بالا در ادوات الکترونیکی مانند تلفنهای همراه و دیودهای نوری به عنوان انتقالدهنده سریع حرارت برای جلوگیری از گرمایش این وسایل است.
