ردپای گرافن در لامپ 140 ساله ادیسون
به گزارش گوپا، پژوهشی در مجله ACS Nano ادعا می کند فرایند ˮگرمایش ژولی لحظه ایˮ که امروزه برای تولید گرافن استفاده می شود، در واقع بازسازی همان روشی است که ادیسون برای روشن کردن لامپ های کربنی خود به کار می برد.
به گزارش گوپا به نقل از ایسنا، پژوهشی تازه نشان داده است که توماس ادیسون، بی آن که بداند، شاید بالاتر از یک قرن پیش در جریان آزمایش هایش برای ساخت لامپ برق، موفق به تولید نوعی گرافن شده باشد؛ ماده ای شفاف، فوق مقاوم و تک اتمی که امروز ستون فقرات خیلی از فناوری های پیشرفته قرن بیست ویکم به حساب می آید.
چه وجه مشترکی میان توماس ادیسون، مخترع نامدار، و کنستانتین نووسلف و آندره گایم، برنده های جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۰، وجود دارد؟ پاسخ این پرسش، برمبنای مقاله ای تازه از لابراتوار جیمز تور در دانشگاه رایس (Rice University) که در مجله علمی «ای سی اس نانو» (ACS Nano) پخش شده، می تواند «گرافن» باشد. پاسخی که اگر به گوش ادیسون می رسید، احتمالا او را سردرگم می کرد؛ چونکه ادیسون نزدیک به ۲۰ سال قبل از آن که فیزیک دان بریتانیایی، پی. آر. والاس، وجود چنین ماده ای را بطور نظری مطرح کند، از دنیا رفته بود و حدود ۸۰ سال قبل از آن که نووسلف و گایم به علت جداسازی و شناسایی گرافن جایزه نوبل دریافت نمایند.
گرافن ماده ای شفاف، به شدت مستحکم و با ضخامتی در حد یک اتم است که امروز در کاربردهایی مانند نیمه رساناها، الکترونیک پیشرفته و تکنولوژی های جدید انرژی نقش کلیدی دارد. یکی از گونه های آن، موسوم به «گرافن توربوستراتیک»، بوسیله اعمال ولتاژ به یک ماده مقاوم کربنی و گرم کردن سریع آن تا دمایی حدود ۲ تا سه هزار درجه سانتی گراد تولید می شود.
در ادبیات علمی امروز، این تکنیک «گرمایش ژولی لحظه ای» یا فلش ژول هیتینگ نام دارد. اما در سال ۱۸۷۹، آن چه در اختیار ادیسون بود، صرفا روشن کردن یکی از لامپ های تازه ثبت شده و پایدارش به شمار می رفت. برعکس لامپ های رشته ای امروزی که از تنگستن استفاده می نمایند، نمونه های اولیه اغلب دارای رشته هایی از مواد مقاوم کربنی، همچون بامبوی ژاپنی بودند. با زدن یک کلید، ولتاژ اعمال می شد و رشته به سرعت داغ می شد؛ فرآیندی که نور تولید می کرد یا شاید، بسته به قرن و زاویه نگاه، گرافن.
لوکاس ادی، نویسنده اول مقاله و دانش آموخته پیشین دانشگاه رایس، توضیح می دهد که هدف او توسعه روش هایی برای تولید انبوه گرافن با مواد در دسترس و ارزان بوده است. او از آزمایش با دستگاه های جوش قوسی گرفته تا بررسی درختان صاعقه زده را تجربه کرده، اما هیچ یک نتیجه مطلوبی نداشته اند. تا این که بگفته همکارش، «لحظه لامپ روشن شدن» فرا رسید. ادی به یاد آورد که لامپ های اولیه اغلب دارای رشته های کربنی بودند و می توانستند ساده ترین ابزار برای گرمایش ژولی لحظه ای باشند.
دلیل تمرکز بر لامپ های ادیسون این بود که طراحی ثبت شده وی در سال ۱۸۷۹ به دمای بحرانی حدود ۲ هزار درجه سانتی گراد می رسید. افزون بر این، همان پتنت تاریخی به ادی نقشه ای دقیق برای بازسازی آزمایش عرضه می داد. بعد از چند تلاش ناموفق و مواجهه با رشته هایی که به ظاهر کربنی اما در حقیقت تنگستنی بودند، او عاقبت در یک فروشگاه هنری کوچک در نیویورک لامپ های دست ساز سبک ادیسونی یافت که حتی از بامبوی ژاپنی برای رشته استفاده می کردند. قطر رشته ها هم تنها حدود ۵ میکرومتر با نمونه های اصلی ادیسون تفاوت داشت.
ادی همانند ادیسون، لامپ را به منبع برق مستقیم ۱۱۰ ولت متصل کرد و فقط جهت ۲۰ ثانیه آنرا روشن نگه داشت؛ چونکه گرم شدن طولانی تر می تواند به تشکیل گرافیت بجای گرافن منجر شود. زیر میکروسکوپ نوری، رنگ رشته از خاکستری تیره به نقره ای براق تغییر کرده بود؛ نشانه ای از وقوع یک دگرگونی ساختاری.
برای شناسایی دقیق این تغییر، از طیف سنجی رامان استفاده شد؛ روشی که در دهه ۱۹۳۰ توسعه یافت و با سودجستن از لیزر، امضای اتمی مواد را مانند یک بارکد می خواند. نتایج تأیید کرد که قسمتهایی از رشته به گرافن توربوستراتیک تبدیل گشته اند. به این ترتیب، این احتمال مطرح می شود که ادیسون، در راه ساخت یک لامپ کاربردی جهت زندگی روزمره، ناخواسته ماده ای را ساخته باشد که امروز برای فناوری محورترین صنایع جهان حیاتی می باشد.
به نقل از ستاد نانو، با این وجود، محققان تاکید می کنند که هیچ راه قطعی برای دانستن آن چه دقیقاً در آزمایش های تاریخی ادیسون رخداده وجود ندارد. حتی اگر لامپ اصلی وی در دسترس بود، هر گرافن احتمالی احتمالا در جریان اولین آزمایش ۱۳ ساعته به گرافیت تبدیل گشته بود. جیمز تور، استاد شیمی دانشگاه رایس و نویسنده مسئول مقاله، می گوید بازآفرینی آزمایش های ادیسون با ابزار و دانش امروزی هیجان انگیز است و این پرسش را پیش می کشد که چه اطلاعات باارزش دیگری ممکنست در دل آزمایش های تاریخی نهفته باشد؛ پرسش هایی که شاید با نگاهی مدرن بتوان به آنها پاسخ داد.
حرف آخر اینکه به گزارش گوپا به نقل از ایسنا، پژوهشی تازه نشان داده است که توماس ادیسون، بی آنکه بداند، شاید بالاتر از یک قرن پیش در جریان آزمایش هایش برای ساخت لامپ برق، موفق به تولید نوعی گرافن شده باشد؛ ماده ای شفاف، فوق مقاوم و تک اتمی که امروز ستون فقرات بسیاری از فناوری های پیشرفته قرن بیست ویکم بشمار می رود. گرافن ماده ای شفاف، به شدت مستحکم و با ضخامتی در حد یک اتم است که امروز در کاربردهایی مانند نیمه رساناها، الکترونیک پیشرفته و فناوری های نوین انرژی نقش کلیدی دارد. در ادبیات علمی امروز، این تکنیک گرمایش ژولی لحظه ای یا فلش ژول هیتینگ نام دارد.
منبع: goopa.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب