فیلمهای گرافن به علت کارایی بالایی که در عین حال با ویژگی سبک وزنی ترکیب شده است، در حوزه گسترده ای از کاربردها و صنایع می توانند به کار گرفته شوند. این مواد با کارایی بالا به عنوان مواد ساختاری سبک وزن قابلیت استفاده در صنعت هوا و فضا خاصه ساخت بخش های مختلف هواپیما ، ساخت بدنه خودرو در صنعت خودروسازی، تولید تیغههای آسیاب بادی و انواع تجهیزات ورزشی را دارند. همچنین از فیلم های گرافن به عنوان یک ماده انعطاف پذیر هادی الکتریسته می توان در بُردها و لوازم الکترونیکی پورتابل – قابل حمل – به صورت گسترده ای استفاده نمود.
اعمال ورقههای گرافن به یک ماتریس پلیمری از طریق اختلاط در محلول، ترکیب با ذوب، و پلیمریزاسیون درجا، فرآیندهای معمول ساخت نانوکامپوزیتهای گرافین میباشند. با این حال این روشها معمولا به ساخت فیلمهای نانوکامپوزیتی با خواص مکانیکی و الکتریکی ضعیف ناشی از محتوای کم گرافن، پراکندگی ضعیف و سطح مقطعهای کوچک بین گرافن و ماتریس پلیمری منجر میشود.
نواقص مذکور کاربردهای عملی نانوکامپوزیت ها را به شدت دچار محدودیت می نماید. برای رفع این نواقص و موانع جهت استفاده صنعتی از فیلم های گرافن، به تازگی محققان چینی روشی جدیدی ابداع نموده اند. آنها، استراتژی جدیدی را جهت تبدیل ورقهای اکسیدهای گرافن به فیلمهای بسیار هادی، قوی و به شدت مستحکم، تنها با استفاده از مقادیر کم رابط های میانی طراحی نموده اند.
پژوهشگران چینی در عمل نشان دادند که رابط های میانی یا همان پل های ارتباطی که در میان نانوصفحات اکسید گرافن تعبیه شده اند، میتوانند تا حد زیادی موجب بهبود خواص فیلم گرافن شوند. در این روش، خواص چندی نظیر استحکام کششی، هدایت الکتریکی، قابلیت مقاومت در برابر آسیبهای مکانیکی به شدت تقویت شده و بهبود یافته است و راه را برای کاربردهای عملی در تیراژ صنعتی برای فیلم های گرافنی میسر نموده است.
پروفسور کوهان فنگ چنگ به عنوان پژوهشگر ارشد این تحقیقات، می گوید: ” استحاکم کششی فیلم های گرافن ما، حدودا ۱.۱ گیگا پاسکال می باشد که رقمی بسیار خوبست و در عین حال همین فیلم ها خواص جذب مکانیکی، انتقال شارژ و سطح مقطع الکترومغناطیسی را هم داراست.
همچنین وی خاطر نشان می نماید که نانوکامپوزیتهای مبتنی بر گرافن با کارایی بالا از طریق استراتژیهای مختلف در گذشته ایحاد شدهاند، با این تفاوت که نانوکامپوزیتهای گرافنی اصولا خواص مکانیکی و الکترونیکی قابل قبولی نداشتهاند. این فیلمهای گرافن با کارایی بالا میتوانند برنامههای کاربردی متعددی داشته باشند، به عنوان مثال میتوانند در مواد ساختمانی، در صنعت هوایی و در دستگاههای مغناطیسی قابل حمل مورد استفاده قرار گیرند.
مشکلات کلیدی توسعه فیلم های گرافن
پروفسور چنگ معتقدست که برای بهبود کارایی فیلم های گرافن دو مانع و مشکل کلیدی علمی وجود دارد که باید هر چه زودتر حل شوند. نخست اینکه پس از بهبودی که در اثر تحقیقات این گروه چینی حاصل شده است، محققان باید تلاش نمایند تا بتوانند با طراحی یک استراتژی جدید، تکنیکی جهت تولید در مقیاس وسیع و صنعتی ایجاد نمایند تا بتوان این استراتژی ها را به استراتژی برنامه های تجاری بدل نمود.
دومین معضل پیش رو، در مورد توسعه فیلم های گرافن با کارایی بالا، شامل پل ارتباطی و ساختاری بهینه سازی برای استفاده در محیط هایی با دماهایی غیر از دمای آزمایشگاهست. اگرچه فیلم های گرافن در دمای اتاق عملکرد بسیار بالایی از خود به نمایش می گذارند، اما عملکرد آنها در دماهای بسیار پایین، یا دماهای بسیار بالا و یا در تغییر دمای شدید همچنان امری مبهم و مکتوم است و نیازمند تحقیقات بیشتر است تا ببنیم عملکرد این فیلم ها در فضاهای بیرونی و یا در تغییر دماهای شدید چگونه خواهد بود.
با وجود پیشرفت های فراوانی که در حوزه فیلم گرافن و نانوکامپوزیت ها صورت گرفته است، اما به نظر می رسد برای استفاده وسیع از آنها در مقیاس صنعتی – نه آزمایشگاهی صرف – هنوز نیازمند کارها، تحقیقات و پژوهش های بسیاری هستیم.
