گرافن - جلسه دوم

 اهداف جلسه:
·آشنایی با گرافن اکسید
·مقایسه گرافن و گرافن اکسید

وسایل مورد نیاز:
·دسترسی به اینترنت
·اتانول
·آب اکسیژنه
·استون
·سرکه
·پودر گرافیت
·6 عدد بشر 100 سی  سی
·همزن

مقدمه:
از قرن نوزدهم كه اكسيد گرافيت براى اولين بار تهيه شد براى توليد اين ماده عمدتاً از روش اكسيد كردن گرافيت در حضور اسيدها و اكسيدكننده ­هاى قوى استفاده شده است. اكسيد گرافيت متشكل از ساختار لايه‌ای شكل از جنس ورقه ­هاى اكسيد گرافن است كه بسيار آبدوست بوده و  مولكول­ هاى آب به راحتى مى توانند در بين اين صفحات وارد شوند. با افزايش رطوبت نسبى، فاصله ­ى ميان صفحات اكسيد گرافن به صورت برگشت پذير از 6 تا 12 آنگستروم افزايش می یابد.

ویژگی های گرافن اکسید
سطح اکسید گرافن دارای گروه ­های عاملی زیادی از جمله گروه­های هیدروکسیل، اپوکسید، کتون وکربوکسیلیک اسید می‌باشد که باعث انحلال‌پذیری زیاد آن در آب و حلال­ های آلی می­ شود. با حضور این گروه­ های عاملی فعال و مواد واکنشگر لازم، می ­توان گروه‌های عاملی دیگر را روی سطح اکسید گرافن نشاند و خواص فیزیکی و شیمیایی آن را به دلخواه تغییر داد.
 محققان پس از بررسی ویژگی‌های اکسید گرافن، دریافتند که این ماده می‌تواند همانند سورفاکتانت عمل کند. از آنجا که بیشتر سورفاکتانت‌ها غیر رسانا هستند، زمانی که در مواد هادی جریان الکتریسیته استفاده می‌شوند، باید از محلول زدوده شوند که این مشکل با استفاده از اکسید گرافن، قابل حل است.

اکسید گرافن، ماده‌ای تک‌لایه است که از اکسیداسیون پودر گرافیت با اکسیدکننده‌های بسیار قوی به دست می‌آید و به‌دلیل سهولت تبدیل آن به گرافن، نظر بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده‌است. به اعتقاد بسیاری، از این ماده می‌توان در تولید مواد منعطف و ارزاندر صنعت الکترونیک استفاده کرد.

اما هوانگ، استادیار دانشگاه نورث وست، معتقد است که خود اکسید گرافن ماده‌ی بسیار جالبی است. گروه تحقیقاتی اواز فلش دوربین عکاسی برای تبدیل اکسید گرافن به گرافن استفاده و روش جدیدی را برای تصویربرداری فلورسانس از آن ارائه کردند. آنها دریافته‌اند که ورقه‌های اکسید گرافن، مانند سورفاکتانت عمل می‌کند؛ سورفاکتانت‌ها نوعی مواد شیمیایی هستند که در شامپوها و صابون‌ها برای دیسپرس کردن لکه‌ها در آب استفاده می‌شوند.
اکسید گرافن از گذشته‌های بسیار دور در دنیای علم به‌عنوان یک ماده‌ی فوق‌العاده آب‌دوست شناخته می‌شده‌است. این گروه تحقیقاتی، معتقد بودند که این ماده دارای خاصیت آمفی‌فیلیک( یکی از ویژگی‌های سورفاکتانت‌هاست که هم آب را جذب و هم دفع می‌کند) است. دلیل این تصور هم وجود بخشی در ساختار اکسید گرافن است که آب را دفع می‌کند.
برای تست این فرضیه، گروه تحقیقاتی هوانگ، با قرار دادن اکسید گرافن در آب کربنات‌دار، مشاهده کردند که ورقه‌های گرافن به درون حباب‌های آب رفته و خود را به سطح آب رساندند، دقیقاً شبیه به کاری که سورفاکتانت‌ها می‌کنند. در گام بعد آنها دریافتند که اکسید گرافن می‌تواند قطرات روغن را در آب دیسپرس کند، کاری که یک سورفاکتانت انجام می دهد.
به عقیده‌ی هوانگ، داشتن بینش بنیادی درباره‌ی خواص گرافن برای درک بهتر فرایندهای این ماده و نحوه‌ی استفاده از آن، بسیار مهم است. این کار می‌تواند موجب افزایش کاربرد این ماده گردد. 
هوانگ می‌گوید:«ما مشاهده کردیم که اکسید گرافن ماده‌ی بسیار نرم و در واقع پلیمری از کربن، اکسیژن و هیدروژن است که می‌تواند در شکل‌های متنوعی به‌صورت ذرات کلوئیدی درآید.
این ویژگی سورفاکتانتی اکسید گرافن، موجب می‌شود تا بتوان از آن به‌عنوان عامل دیسپرس‌کننده برای انحلال مواد نامحلول استفاده کرد.
 
مقایسه گرافن و گرافن اکسید
روش کار
1. مقداری از پودر گرافیت (حدود 1 گرم) را داخل 50 سی سی آب بریزید.
2. در بشرهای یک الی چهار مقدار 50 سی سی آب را با 1 سی سی اتانول، استون، آب اکسیژنه، و سرکه مخلوط کنید.
3. حلالیت هر یک را در آب بررسی کنید.
5. اکنون در بشر دیگری مخلوط گرافیت را با هر یک از محلول های تهیه شده به ترتیب مخلوط کنید.
4. نتیجه ی تغییر در حلالیت گرافیت را بررسی کنید.
سوالات
 1. حلالیت گرافیت در حضور کدام ماده بیشتر می شود؟
2. ماده به دست آمده از مخلوط این مواد و محلول ها چه نام دارد؟

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
- تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
- تنظیم: محبوبه همت