تولید گرافن از چوب درخت کاج

دانشمندان دانشگاه رایس با تاباندن یک پرتو لیزر روی تکه‌ای از چوب درخت کاج، موفق به تولید گرافن شدند.

به نقل از گیزمگ، در حالت معمول، گرافن شکلی دو بعدی دارد چون در اصل یک ورقه کربنی با ضخامت فقط یک اتم است؛ اما این ساختار، کاربرد عملی خیلی زیادی ندارد و دانشمندان دانشگاه رایس در سال 2014 با حرارت دادن یک سطح پلیمری با استفاده از پرتو لیزر، به دنبال ساخت یک فوم گرافنی سه بعدی بر آمدند.

آنها محصول این مطالعه را “گرافن لیزرمحور” (LIG) نامیدند اما مشکلی که وجود داشت این بود که این ماده را فقط می‌توان با استفاده از یک پلاستیک خاص به نام “پلیمید” (polyimide) تولید کرد.

با این حال، محققان به تازگی دریافته‌اند برخی انواع چوب به دلیل داشتن پلیمر آلی موسوم به “لیگنین” (lignin)، ساختار مکانیکی مشابه پلیمید دارند. درخت کاج با داشتن سطح بالای لیگنین در سلول‌هایش، ماده نویدبخشی برای تولید گرافن بود و حتی کاربرد عملی‌تری در مقایسه با پلیمید دارد؛ علاوه بر این، این چوب فراوان و تجدیدپذیر است.

تیم علمی برای ساخت فوم گرافنی جدید موسوم به “گرافن لیزرمحور کاج” (P-LIG)، تکه‌ای درخت کاج را با یک پرتو لیزری صنعتی در داخل اتاقکی با شرایط بسیار خاص حرارت داد. این اتاقک دارای فشار و دمای اتاق بود اما جو آن متشکل از آرگون خالص یا هیدروژن بود. در این بین، نبود اکسیژن حائز اهمیت است چون این موضوع به چوب امکان اصلاح شدن را می‌دهد بدون اینکه بسوزد.

محققان دانشگاه رایس دریافتند تغییر دادن شدت لیزر، ساختار شیمیایی و ویژگی‌های حرارتی “گرافن لیزرمحور کاج” را تغییر داد. آن‌ها سپس این موضوع را آزمایش کردند که آیا این گرافن هادی جریان برق است یا خیر.

دانشمندان با انباشت کردن لایه‌های کبالت و فسفر یا نیکل و آهن بر روی این گرافن ، الکترودهایی ساختند و مشخص شد این ماده، الکتروکاتالیزور کارآمدی برای تجزیه کردن آب به هیدروژن و اکسیژن بود. تیم علمی همچنین با انباشت کردن “پلی آنیلین” (polyaniline ) بر روی گرافن جدید، آن را به یک ابرخازن کارآمد برای ذخیره‌ کردن انرژی تبدیل کرد.

جزئیات این دستاورد علمی در مجله Advanced Materials منتشر شد.