वैज्ञानिकों ने पता लगाया है कि ग्राफीन ऑक्साइड न केवल उच्च तापमान पर क्यों जलता है, बल्कि ग्राफीन के उत्पादन की एक आशाजनक और सस्ती विधि का द्वार खोलता है। यह शोध कार्बन जर्नल में है।
ग्राफीन पर प्रायोगिक अनुसंधान के लिए नोबेल पुरस्कार दिए जाने के बाद एक दशक से अधिक समय हो गया है, लेकिन वैज्ञानिकों को अभी भी उच्च-गुणवत्ता, बड़े क्षेत्र वाले ग्राफीन प्राप्त करने का कोई तरीका नहीं मिला है जो सस्ता, कुशल और औद्योगिक जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त स्केलेबल होगा। जरूरत है. लेजर विकिरण द्वारा ग्राफीन ऑक्साइड से ग्राफीन को कम करना एक आशाजनक दृष्टिकोण प्रतीत होता है: साधारण ग्रेफाइट से ग्राफीन ऑक्साइड तैयार करने के लिए रासायनिक तरीकों का उपयोग करके, लेजर-सहायता कटौती तकनीक लागत और सामग्री की गुणवत्ता नियंत्रणीयता के मामले में बहुत अच्छा वादा करती है।
कुछ साल पहले, स्कोलटेक के शोधकर्ताओं की एक टीम ने पता लगाया था कि ग्राफीन ऑक्साइड को काफी उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन का उत्पादन करने के लिए, वायुमंडलीय परिस्थितियों में भी, 3300-3800 K तक गर्म किया जा सकता है।
निकिता ओरेखोव ने कहा: "इस परिणाम ने हमारे सहयोगियों को आश्चर्यचकित कर दिया: तापमान बहुत अधिक था, लेकिन उन्होंने एक अच्छी तरह से संरचित सामग्री प्राप्त की। कार्बन सामग्री वायुमंडलीय ऑक्सीजन में 600-800 K या अधिक पर आसानी से जलती है, जबकि उच्च तापमान पर प्रयोगों में, ग्राफीन अच्छे संरचनात्मक गुण प्राप्त करता है।" एमआईटी के कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स सुपरकंप्यूटर मेथड्स लेबोरेटरी की एसोसिएट डायरेक्टर निकिता ओरेखोव ने कहा, "इस अप्रत्याशित प्रभाव का कारण जानने के लिए, हमने सुपरकंप्यूटर परमाणु मॉडल का उपयोग करके उच्च तापमान ग्राफीन ऑक्साइड की कमी प्रक्रिया का अध्ययन करने और अतिरिक्त संचालन करने का निर्णय लिया।" हमारे सहयोगियों के प्रयोगात्मक डिजाइन के बाद अध्ययन।"
लेज़र पल्स की क्रिया के तहत, ग्राफीन शीट की सीमा पर लाल-चिह्नित कार्बन परमाणु "जल जाते हैं।" बी - ग्राफीन शीट के मध्य क्षेत्र में, एनीलिंग होती है: ग्राफीन को सही स्थिर संरचना में व्यवस्थित किया जाता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि, एक ओर, उच्च तापमान (T> 3000k) पर गैस वातावरण में ऑक्सीजन परमाणु ग्राफीन के साथ बातचीत करते हैं, ऑक्सीकरण करते हैं और इसे नष्ट कर देते हैं। दूसरी ओर, क्रिस्टल जाली की तीव्र एनीलिंग उसी तापमान पर शुरू होती है, जो दोषों को खत्म करने की अनुमति देती है। एनीलिंग के दौरान, जाली संरचना विघटित होने के बजाय सीधी हो जाती है।
आरजीओ सरणी का तापमान और I(G)/I(D) अनुपात वक्र अलग-अलग लेजर गति और पल्स पुनरावृत्ति दर पर घटते हैं।
"यह पता चला है कि लेजर पल्स के संपर्क में आने वाली सामग्री के विभिन्न स्थानों पर दो विपरीत प्रक्रियाएं एक साथ होती हैं: दहन या विनाश ग्राफीन शीट के दोषों और सीमाओं के पास केंद्रित होता है, जहां एनीलिंग करते समय कार्बन परमाणुओं में सबसे सक्रिय रासायनिक गतिविधि होती है मुख्य रूप से शीट के केंद्र में होता है, जहां परमाणु स्थिर विन्यास में वापस आ जाते हैं।" स्टैनिस्लाव एवलाशिन, स्कोलटेक सेंटर फॉर मैटेरियल्स टेक्नोलॉजी (सीएमटी) के प्रधान अनुसंधान वैज्ञानिक।
निष्कर्ष इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि ग्राफीन ऑक्साइड अत्यधिक तापमान पर कैसे व्यवहार करता है, जहां प्रत्यक्ष प्रयोग लगभग असंभव है। इस पेपर में वर्णित प्रक्रिया को समझने से बड़े क्षेत्र के एकल क्रिस्टल उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन प्राप्त करने के तरीकों को और विकसित करने और अनुकूलित करने में मदद मिल सकती है।
जीओ की परमाणु संरचना (ए) और थर्मल राज्य योजना (बी)। विभिन्न तापमानों पर सिमुलेशन के दौरान कुल परमाणु संख्या (सी), कार्बन परमाणु संख्या (डी) और ऑक्सीजन परमाणु संख्या (ई) का समय विकास। कार्बन, ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के परमाणुओं को क्रमशः नीले, लाल और भूरे रंग में दिखाया गया है।
स्रोत: परिवेशी परिस्थितियों में ग्राफीन ऑक्साइड लेजर कमी का तंत्र: प्रायोगिक और रेएक्सएफएफ अध्ययन, कार्बन (2022)। डीओआई:10.1016/जे.कार्बन.2022.02.018; फोटोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए ग्राफीन ऑक्साइड फिल्म्स का नियंत्रणीय लेजररिडक्शन, एसीएसएप्लाइड मैटेरियल्स और इंटरफेस (2016)। DOI:10.1021/acsami.6b10145