ساخت کامپوزیت جدیدی با استفاده از اکسید گرافن

محققان آمریکایی موفق به تولید کامپوزیت جدیدی شدند که می‌تواند عملکرد باتری‌ها و پیل‌ها را بهبود دهد. در این فیلم از ترکیب اکسید گرافن و دی اکسید تیتانیوم به همراه نانوذرات نقره استفاده شده است.

گرافن ماده‌ای است که کاربردهای متعددی می‌تواند داشته باشد. اگر بتوان گرافن را با دی اکسید تیتانیوم ترکیب کرد، دامنه کاربرد گرافن وسیع‌تر خواهد شد. یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه نوتردام نشان دادند که می‌توان با ترکیب اکسید گرافن و دی اکسید تیتانیوم فیلم‌های نازکی تهیه کرد. اگر تابش روی این فیلم صورت گیرد آنگاه الکترون از یک سو به‌سوی دیگر جهش خواهد کرد. اگر یون‌های نقره به این سیستم اضافه شود آنگاه جهش الکترون‌ها می‌تواند فیلمی ایجاد کند که در یک سوی آن لایه نیمه‌هادی و در سوی دیگر آن اکسید گرافن و فلز وجود داشته باشد. این فیلم نیمه‌هادی-فلز-گرافن می‌تواند به‌عنوان ماده حساس در حسگرهای شیمیایی استفاده شود.

این پروژه بر اساس یافته‌های به‌دست آمده طی تحقیقات مقدماتی انجام شده که در آن تحقیقات مشخص شده بود حرکت الکترون در اکسید گرافن می‌تواند فرصت‌های جدیدی برای استفاده از این ماده در باتری‌ها، کاتالیست‌ها و پیل‌های فتوولتائیک ایجاد کند.

در این پروژه نشان داده شده که الکترون‌های تولید شده توسط برخورد نور به دی اکسید تیتانیوم، می‌تواند توسط اکسید گرافن به‌دام افتاده و از طریق شبکه sp2 آن به‌حرکت در آید. با داشتن تمام الکترون‌ها در یک سو، این فیلم می‌تواند دارای قابلیت رسوب نانوذرات نقره در یک سو باشد با این کار در سوی دیگرنانوذرات نیمه‌هادی دی اکسید تیتانیوم وجود خواهد داشت.

کامات می‌گوید خواص رسانایی ورقه‌های گرافن چندلایه که روی زیرلایه‌های مختلف نشانده شده، پیش از این مورد مطالعه قرار گرفته است. معمولا انتقال الکترون در صفحه دو بعدی اتفاق می افتد. با داشتن نانوذرات نیمه‌هادی در یک سو ما قادر خواهیم بود تا احیاء یون‌های نقره را روی سمت دیگر فیلم انجام دهیم. این مسئله به‌وضوح جهش الکترون‌ها را در لایه‌های مختلف اکسید گرافن ثابت می‌کند.

برای تولید این فیلم کامپوزیتی، پژوهشگران کار را با نشاندن اکسید گرافن روی فیلم دی اکسید تیتانیوم آغاز کردند. برای این کار از روش رسوب الکتروفورتیک استفاده کردند. در این روش آنها فیلم دی اکسید تیتانیوم را روی یک الکترود قرار دادند و سپس آن را با الکترود دیگری ترکیب کردند. الکترود دوم درون محلول اتانول حاوی ورقه‌های اکسید گرافن غوطه‌ور است. با اعمال میدان الکتریکی، ورقه‌های اکسید گرافن که دارای بار منفی هستند به‌سوی فیلم دی اکسید تیتانیوم که دارای بار مثبت است حرکت می‌کند.

برای نشاندن نانوذرات فلزی، پژوهشگران فیلم را درون محلول اتانول حاوی یون‌های نقره قرار می‌دهند با تابش پرتو فرابنفش یون‌های نقره در سطح فیلم احیاء می‌شوند.