فوم گرافن

فوم گرافن نوعی فوم جامد است که به صورت سوسپانسیون گاز هوا در گرافن در آزمایشگاه تولید می شود. در روش سنتز معمول، حباب‎های هوا درون صفحات دو بعدی گرافیت وارد می شود که خواص ویژه ای به آن اضافه می کند. این ماده با این خصوصیات به صورت طبیعی و در معادن وجود ندارد و باید برای استفاده های بعدی سنتز شود.
در واقع گرافن یک آلوتروپ دو بعدی از کربن با ضخامت یک اتم کربن است که در شبکه ای شش ضلعی بهم متصل شده اند، طول پیوند کربن - کربن ۰/۱۴۲ نانومتر است و نحوه آرایش آن یک پیوند کووالانسی قوی را بین اتم های کربن ایجاد کرده است.
گرافن به دلیل خواصی که دارد از جمله سطح مخصوص بالا، هدایت الکتریکی بالا، توانایی دریافت و نگه داری الکترون و غیره توجه خاصی را به خود در صنایع مختلف بخصوص در انواع فعالیت های کاتالیستی جلب کرده است.
هدایت الکتریکی بالای آن از اینجا نشأت میگیرد که باند ظرفیت آن با باند هدایت تقریباً همپوشانی کامل دارد و همین باعث شده که سطح آن مانند یک استخر الکترون شود. گرافن بعنوان یک ماده کربنی جدید، در دانش های بنیادی و نیز در کاربردهای بالقوه در نمایشگرهای دیجیتالی، حسگرها، اَبَر خازن ها، سلول های خورشیدی و در نانوکامپوزیت ها و ترانزیستورها با اثر میدانی در حال حاضر مورد بررسی و استفاده و توسعه قرار گرفته است. برخی از خواص فیزیکی گرافن را در اینجا معرفی میکنیم مانند توانایی مشاهده اثر کوانتومی هال در دمای اتاق، تحرک الکترونی پردامنه و انتقال پرتابه ای، انعطاف پذیری زیاد، مدول یانگ بالا ( حدود ۱۱۰۰ گبگاپاسکال ) ، مقاومت زیاد در برابر شکست ( ۱۲۵ گیگاپاسکال ) ، رسانایی الکتریکی بالا ( ۲۰۰۰۰۰ V. s/cm^2 ) ، رسانایی حرارتی بالا ( حدود ۵۰۰۰ W/m. K ) و مساحت سطحی ویژه زیاد ( ۲۶۳۰ m^2/g ) [ ۱]
اخیراً مواد سه بعدی بر پایه گرافن مانند فوم ها، اسفنج ها، هیدروژل ها و اِیروژل ها بخاطر ترکیب ساختار و پیوند آنها و خواص ویژه ی گرافن مانند دانسیته کم، تخلخل بالا، مساحت سطح زیاد، پایداری خواص مکانیکی و توانایی انتقال سریع الکترون و رسانایی الکتریکی بالای آن توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در کاربردهای مختلفی استفاده شده اند شامل استفاده در خازنها، باتری، سنسورها و کاتالیست ها. [ ۲]
پدیده های کاتالیستی واکنش هایی هستند که در سطح مواد رخ میدهند، بنابراین مقدار سطح ویژه برای این کاربردها بسیار مهم و تأثیرگذار است. کامپوزیت هایی که در آنها از گرافن استفاده شده به دلیل ساختار و سطح مخصوص بالای گرافن توانسته عملکرد بهتر و مناسبتری را ارائه دهند. اخبراً مححقان به تولید فوم های گرافن که به مراتب سطح بیشتری را نسبت به گرافن های دو بعدی و صفحه ای و نتیجتاً راندمان کاری بهتری را در اختیار می گذارد رو آورده اند. گرایش پژوهشی به سمت فوم گرافن به دلیل آن است که ساختاری است بسیار متخلخل، و توانایی در اختیار گذاشتن سطح بالایی را دارد.