پژوهشگران ایرانی موفق شدهاند با ارائه روشی نوآورانه، افقهای تازهای را در تبدیل پلیمرهای غیرقابل گرافیتشدن به ساختارهای پیشرفته مبتنی بر گرافن بگشایند؛ رویکردی که به باور کارشناسان میتواند آینده صنایع مرتبط با ذخیرهسازی انرژی، تولید مواد کربنی پیشرفته و توسعه فناوریهای نسل آینده را دگرگون سازد. خبرگزاری ایرنا که این دستاورد را منتشر کرده، آن را یکی از مهمترین موفقیتهای علمی سالهای اخیر در حوزه مواد پیشرفته ارزیابی کرده است.
این تحقیق نشان داده است که برخی پلیمرها که بهطور سنتی در برابر فرآیند گرافیتیشدن مقاومت بالایی دارند، میتوانند تنها با اعمال گرمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد و بدون استفاده از کاتالیزگر، افزودنیهای شیمیایی یا تجهیزات پیچیده صنعتی، به گرافن و مواد شبهگرافیتی تبدیل شوند. این نتیجه نهتنها یک چالش جدی برای باورهای دیرینه علمی محسوب میشود، بلکه مسیر کاملاً جدیدی را در فهم رفتار پلیمرها در برابر حرارت و کربنیشدن معرفی میکند. در روشهای مرسوم، دماهای نزدیک به ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد یا استفاده از سیستمهای فوقپرفشار برای دستیابی به چنین ساختارهایی ضروری بوده است، اما پژوهش اخیر این ضرورت را بهطور قابل توجهی زیر سؤال برده است.
راز این تحول در معماری میکروسکوپی پلیمرها نهفته است. پژوهشگران توضیح میدهند که ساختار سلسلهمراتبی و میکروخللهای موجود در میکروکرههای پلیمری نقشی اساسی در این فرآیند ایفا میکنند. این حفرهها که باریک بوده و ظاهری مشابه بطریهای جوهر دارند، در نقش «نانوراکتور»های محصور عمل میکنند. زمانی که پلیمر در معرض حرارت قرار میگیرد، قطعات مولکولی آروماتیک آزادشده در فرآیند کربنیشدن به جای خروج از ساختار، در این فضاهای محدود گیر میافتند و همین محبوسشدن، مسیر تازهای برای تحول شیمیایی آنها فراهم میکند. در این شرایط ویژه، حلقههای بنزنی قادر به ادغام و اتصال درونی هستند که این همجوشی، نقطه آغاز شکلگیری لایههای نخستین گرافنی به شمار میرود.
مطالعات طیفسنجی و بررسیهای ساختاری انجامشده نیز یک مسیر تحول تدریجی و منظم را نشان میدهد. دادههای علمی بهدستآمده، چهار مرحله اصلی را مشخص کرده است: آغاز اتصال و همجوشی حلقههای آروماتیک در حوالی ۲۵۰ درجه سانتیگراد، گسترش شبکههای آروماتیکی در ۴۵۰ درجه، شروع تشکیل لایههای اولیه گرافن در حدود ۹۰۰ درجه و سرانجام پدیدار شدن آرایشهایی شبیه ورقههای گرافیت در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد. استفاده از طیفسنجی رامان، پراش الکترونی و تصویربرداری میکروسکوپی با کیفیت بسیار بالا، همگی حضور ورقههای منظم و لایهلایه گرافن را در نمونههای نهایی تأیید کرده است.
این دستاورد زمانی اهمیت بیشتری پیدا میکند که هزینههای تولید گرافن و مواد گرافیتی مورد توجه قرار گیرد. در حال حاضر، تولید گرافن باکیفیت یکی از چالشهای جدی صنایع پیشرفته است، زیرا اغلب روشهای رایج به تجهیزات پیچیده، انرژی بسیار بالا یا مواد شیمیایی گرانقیمت وابسته هستند. اما در روش جدید، تنها یک برنامه حرارتی کنترلشده کافی است و از آن مهمتر، فرآیند در فشار محیط و بدون نیاز به افزودنی انجام میشود. این موضوع به معنای کاهش چشمگیر هزینهها و همچنین افزایش مقیاسپذیری فرآیند است؛ امری که میتواند بازار جهانی گرافن را تحت تأثیر قرار دهد.
پژوهشگران اصلی این پروژه تأکید میکنند که «مکانیزم فضای محصور» کلید اصلی این موفقیت است. آنها توضیح میدهند که در ابعاد نانومتری، محدودیت حرکتی مولکولها باعث میشود مسیرهای تازهای از بازآرایی شیمیایی امکانپذیر شود که در شرایط آزاد هرگز رخ نمیدهد. این محدودیت فیزیکی نهتنها سرعت و جهت واکنشهای شیمیایی را تعیین میکند، بلکه آستانه انرژی لازم برای تشکیل ساختارهای گرافنی را بهطور معناداری کاهش میدهد. از نگاه پژوهشگران، همین کشف بنیادین میتواند مسیرهای تازهای را برای تولید مواد کربنی پیشرفته با مصرف انرژی بسیار کمتر باز کند.
پیامدهای صنعتی این فناوری گسترده و امیدبخش است. گرافن بهعنوان یکی از فوقمواد قرن حاضر، کاربردهای بیشماری در حوزههای مختلف دارد؛ از تولید باتریهای نسل جدید و الکترودهای فوقپرقدرت گرفته تا ساخت خازنهای پیشرفته و سامانههای ذخیرهسازی انرژی با کارایی بالا. صنایع خودروسازی، هوافضا، الکترونیک، پزشکی و حتی تصفیه آب نیز از جمله بخشهایی هستند که توسعه مواد ارزانتر و باکیفیتتر مبتنی بر گرافن میتواند مسیر تحول آنها را شتاب دهد.
این دستاورد علمی برای ایران، علاوه بر ارزش پژوهشی، یک مزیت راهبردی نیز به همراه دارد. کشورهایی که توانایی تولید مواد پیشرفته با هزینه کم و در مقیاس بالا را دارند، عملاً نقش مهمی در آینده فناوریهای نوین ایفا خواهند کرد. دسترسی به روشی ساده، کممصرف و قابل توسعه برای تولید گرافن، ایران را در جایگاهی قرار میدهد که میتواند سهمی قابل توجه از بازار جهانی این ماده ارزشمند را به خود اختصاص دهد.
به اعتقاد کارشناسان، معرفی این روش کمدما میتواند مانعی که دههها در برابر تولید گسترده گرافن قرار داشت را برطرف کند. با توجه به اینکه روش جدید نیازی به شرایط فوقالعاده دشوار ندارد، واحدهای صنعتی کوچک و متوسط نیز میتوانند در تولید این ماده مشارکت کنند. این امر بهویژه برای توسعه فناوریهای بومی و کاهش وابستگی خارجی اهمیت فراوانی دارد.
در مجموع، پژوهش جدید نهتنها نقطه عطفی در علم مواد کربنی به شمار میرود، بلکه چشماندازی روشن از آینده تولید گرافن با هزینه کمتر، انرژی پایینتر و کارایی بیشتر ارائه میدهد. با توجه به اهمیت استراتژیک گرافن در صنایع آینده، این دستاورد میتواند جایگاه ایران را در عرصه تولید علم و فناوریهای مواد پیشرفته بیش از پیش تقویت کند.
منبع خبر : tvbrics.com
نظرات کاربران