تحمل گرافن در برابر فشارهای بالا

تحمل گرافن در برابر فشارهای بالا

کد خبر:۶۰۲۰۴۱

تحمل گرافن در برابر فشارهای بالا

یک ورقه از گرافن که شامل شبکه کربنی به ضخامت یک اتم است، شاید به نظر شکننده برسد، ولی مهندسان دانشگاه ام‌آی‌تی به این نتیجه رسیده‌اند که مواد بسیار نازک از استحکام بالایی برخوردارند، به‌طوری که حداقل می‌توانند فشار۱۰۰ بار را تحمل کنند. این فشار ۲۰ برابر فشار شیر آب آشپزخانه است.

راز تحمل این فشار جفت شدن گرافن با زیرلایه شامل حفره است. هرچه اندازه منافذ زیرلایه کوچک‌تر باشد، مقاوت گرافن در برابر فشار بیشتر می‌شود.

راهیت کارنیک، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک از دانشگاه ام‌آی‌تی نتایج گزارش تیم تحقیقاتی خود را این‌چنین بیان کرد که غربال­های گرافنی و به‌طور خاص آنهایی که در فیلترهای تصفیه آب به کار می‌روند بایستی توانایی مقاومت در برابر فشارهای بالا را داشته باشند.

بنا به گفته کارنیک؛ اگر در تصفیه آب در فشارهای بالا به‌وسیله غربال‌های گرافنی موفق باشیم، می‌توان درمصرف انرژی مورد نیاز برای تصفیه آب‌های با درصد شوری بالا صرفه‌جویی کرد.

فشار آب

امروزه روش‌های مختلف تصفیه آب وجود دارد. برای مثال اسمز معکوس روشی است که می‌توان در آن سمت از غربال که دارای آب شور است، با ایجاد فشار آب خالص را از فیلتر رد کرد و مانع از عبور نمک و سایر مولکول‌ها از آن شد. اگر غربال‌ها بتوانند فشار ۱۰۰ بار یا بیشتر را تحمل کنند، آنگاه قادر به تصفیه بهتر آب بوده و در نتیجه آب خروجی دارای خلوص بیشتری خواهد بود.

واضح است که فشار وارد بر منابع آب امروزه قابل حذف نیست و تصفیه آب نیز نقش بزرگی در تهیه آب گوارا دارد. روش اسمز معکوس یکی از روش‌های بسیار موثر تصفیه آب به‌وسیله انرژی است. اگر غربال‌های تصفیه بتوانند فشار بالایی را تحمل کنند، در این صورت به پاکسازی آب، البته با صرفه‌جویی در انرژی کمک خواهد شد.

بالا بردن فشار

کارنیک به همراه همکارانش آزمایشی را طراحی کردند تا به‌وسیله آن میزان فشار قابل تحمل توسط گرافن را بسنجند. طبق نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی، پیش‌بینی شده بود که گرافن اگر دارای زیرلایه متخلخل باشد، در برابر فشارهای بالا مقاوم خواهد شد؛ هرچند این پیشگویی تا به حال به‌صورت تجربی ثابت نشده است.

روش کار بدین صورت بود که محققان صفحات گرافنی را با استفاده از تکنیک CVD (Chemical Vapor Deposition) تهیه کردند و سپس یک تک‌لایه از گرافن را روی صفحات نازک پلی‌کربنات متخلخل قرار دادند. هر یک از صفحات حفره‌هایی در اندازه‌های خاص در حدود ۳۰ نانومتر تا ۳ میکرون داشتند.

برای ارزیابی استحکام گرافن، محققان روی میکروغشاها تمرکز کردند. میکروغشا به آن قسمت از گرافن گفته می‌شود که روی حفره واقع در زیرلایه قرار دارد.

آنها گرافنی را که روی صفحات با حفره‌هایی در اندازه‌های کوچک‌تر یا مساوی ۲۰۰ نانومتر قرار داشتند، در برابر فشار ۱۰۰ بار که تقریبا دو برابر فشار لازم برای تصفیه آب بود، قرار دادند. به محض اینکه اندازه حفره‌ها کوچک می‌شد، تعداد میکروغشاهای سالم افزایش پیدا می‌کرد. به گفته کارنیک اندازه این حفره‌ها در اندازه‌گیری استحکام گرافن بسیار مهم است.

به‌طور کلی طبق این مطالعه مشخص می‌شود که یک تک‌لایه از گرافن می‌تواند فشارهای بالا و حتی فشارهای بیشتر از ۱۰۰ بار را تحمل کند. انجام این کار با کوچک کردن اندازه حفره‌ها تا حد مناسب، امکان‌پذیر است.

 

مرجع:

http://news.mit.edu/2017/graphene-high-pressure-desalination-more-productive-0424

 

More from آیتک تبریزی

نگاه عمیق‌تر به مغز افراد مبتلا به بیماری OCD

تاریخ انتشار: October 4, 2017 کد خبر:۶۰۷۱۳۳ نگاه عمیق‌تر به مغز افراد...
مشاهده مطلب

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *