The introduction of graphene, 3D graphene and carbon dots and their synthesis methods, properties and applications. معرفی گرافن، گرافن سه بعدی و کربن دات و روشهای سنتز و خواص و کاربردهای آنها

1. ‫دات‬ ‫کربن‬ ‫و‬ ‫گرافن‬
‫کننده‬ ‫تهیه‬
‫رئیـسی‬ ‫نوشیــن‬

2. ‫مطالب‬ ‫فهرست‬
1-‫معرفی‬‫دات‬ ‫کربن‬ ‫و‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬ ،‫گرافن‬
2-‫های‬ ‫روش‬‫سنتز‬
3-‫خواص‬
4-‫کاربردها‬
5-‫منابع‬

3. ‫گرافن‬ ‫معرفی‬
1
•‫گرافن‬،‫یک‬‫ی‬‫شبکه‬‫زنبوری‬‫النه‬2‫بعدی‬‫ا‬‫ست‬
‫که‬‫از‬‫پیوند‬‫کوواالنسی‬‫های‬‫اتم‬‫کربن‬‫به‬‫وجود‬
‫آمده‬‫است‬‫و‬‫ضخامتش‬‫تنها‬‫اتم‬‫یک‬‫کربن‬‫اس‬‫ت‬.
•‫گرافن‬‫کم‬‫الیه‬:‫های‬‫الیه‬‫گرافنی‬‫از‬5‫تا‬10
‫الیه‬
•‫گرافن‬‫چند‬‫الیه‬:‫الیه‬‫های‬‫گرافنی‬‫بین‬20‫تا‬
30‫الیه‬

4. ‫گرافن‬ ‫تاریخچه‬
2
‫ایده‬‫گرافن‬‫صورت‬‫به‬،‫نظری‬‫برای‬‫اصطالح‬‫گرافیت‬‫برا‬‫ی‬‫اولین‬
‫بار‬‫در‬‫سال‬1986‫معرفی‬‫شد‬‫که‬‫از‬‫ترکیب‬‫کلمه‬‫ی‬‫گرافی‬‫ت‬‫و‬
‫یک‬‫پسوند‬(‫ان‬)‫می‬‫باشد‬.
‫اولین‬‫بار‬‫توسط‬‫فیلیپ‬‫واالس‬‫در‬‫سال‬194۷‫بیان‬‫شد‬.
"‫گرافن‬"‫برای‬‫اولین‬‫بار‬‫در‬‫آزمایشگاه‬‫توسط‬‫پروفسو‬‫ر‬‫گیم‬‫و‬
‫نووسلو‬‫در‬‫دانشگاه‬‫منچستر‬‫در‬‫سال‬2004‫معرفی‬‫شد‬.
SirAndre K. Geim Sir “Kostya” Novoselov
2010 Nobel Prize

5. ‫گرافن‬ ‫سنتز‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫از‬ ‫برخی‬
3
‫مکانیکی‬ ‫سازی‬ ‫پوسته‬ ‫پوسته‬
‫شیمیایی‬ ‫بخار‬ ‫نشانی‬ ‫الیه‬CVD
‫اتمی‬ ‫نیروی‬ ‫میکروسکوپ‬ ‫سوزن‬
‫گرافن‬ ‫احیای‬ ‫روش‬‫اکساید‬
‫الیه‬‫برداری‬‫الکتروشیمیایی‬

6. ‫خواص‬‫گرافن‬
4
1-‫گرمایی‬ ‫رسانایی‬
2-‫الکتریکی‬ ‫رسانایی‬
3-‫مکانیکی‬ ‫استحکام‬
4-‫پذیری‬‫انعطاف‬
5-‫نوری‬ ‫شفافیت‬
6-‫انرژی‬ ‫ذخیره‬
۷-‫بسیار‬ ‫چگالی‬‫کم‬

7. ‫گرافن‬ ‫بازار‬
5

8. ‫گرافن‬ ‫کاربردهای‬
6
‫فضایی‬ ‫صنایع‬
‫ماشین‬ ‫صنعت‬
‫صنایع‬‫دفاع‬
•‫پذیر‬‫انعطاف‬ ‫لمسی‬ ‫نمایشگرهای‬ ‫و‬ ‫خورشیدی‬ ‫های‬‫سلول‬ ،‫نوری‬ ‫تجهیزات‬
•‫پزشکی‬ ‫نانو‬
•‫رنگ‬ ‫صنایع‬

9. ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬ ‫معرفی‬
۷
‫گرافن‬‫سه‬‫بعدی‬‫یک‬‫ساختار‬‫بزرگ‬‫و‬‫یکپارچ‬‫ه‬‫از‬
‫اتصال‬‫شبکه‬‫های‬‫بدون‬‫نقص‬‫گرافن‬‫است‬‫که‬‫عمدتا‬
‫از‬‫حوزه‬‫های‬‫تک‬‫یا‬‫چند‬‫الیه‬‫تشکیل‬‫شده‬‫است‬.

10. ‫تاریخچه‬‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬
8
‫سال‬ ‫در‬ ‫بار‬ ‫اولین‬ ‫برای‬2010‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫هیدروژل‬ ‫همکارانش‬ ‫و‬ ‫شی‬ ‫گروه‬
‫محلول‬ ‫در‬ ‫بعدی‬ ‫دو‬ ‫گرافن‬ ‫صفحات‬ ‫نانو‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫کردند‬ ‫معرفی‬ ‫را‬ ‫گرافن‬‫و‬ ‫آبی‬
‫الکل‬ ‫وینیل‬ ‫پلی‬ ‫حضور‬ ‫در‬(‫کننده‬ ‫لینک‬ ‫کراس‬ ‫عامل‬ ‫عنوان‬ ‫به‬)‫و‬‫روش‬ ‫با‬
‫بود‬ ‫شده‬ ‫تهیه‬ ‫خودآرایی‬.
‫سال‬ ‫در‬2011‫استف‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫گرافنی‬ ‫فوم‬ ‫بار‬ ‫اولین‬ ‫برای‬ ‫همکارانش‬ ‫و‬ ‫چن‬‫از‬ ‫اده‬
‫فاز‬ ‫شیمیایی‬ ‫رسوب‬ ‫روش‬ ‫با‬ ‫نیکلی‬ ‫فوم‬‫بخار‬‫سنتز‬‫نمودند‬.

11. ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬ ‫تاریخچه‬
9
‫ساختار‬‫سنتز‬ ‫روش‬‫خواص‬‫کاربرد‬‫سال‬
‫گرافن‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫شبکه‬‫نی‬ ‫کاتالیست‬ ‫از‬ ‫استفده‬ ‫با‬ ‫بخار‬ ‫فاز‬ ‫از‬ ‫شیمیایی‬ ‫رسوبدهی‬‫کلراید‬ ‫کل‬
‫سطح‬ ‫مساحت‬:m2/g560
‫الکتریکی‬ ‫رسانایی‬:S/cm12
‫جاذب‬2013
‫گرافن‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫شبکه‬‫نیکل‬ ‫فوم‬ ‫روی‬ ‫بخار‬ ‫فاز‬ ‫از‬ ‫شیمیایی‬ ‫رسوبدهی‬
‫سطح‬ ‫مساحت‬:m2/g850
‫الکتریکی‬ ‫رسانایی‬:S/cm10
‫جاذب‬2011
‫گرافن‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫شبکه‬‫هیدروترمال‬ ‫واکنش‬ ‫از‬ ‫شده‬ ‫تهیه‬ ‫گرافن‬ ‫صفحات‬ ‫نانو‬ ‫خودآرایی‬
‫رسانایی‬‫الکتریکی‬:S/cm0/002
‫فشاری‬ ‫استحکام‬:MPa0/042
‫کاتالیست‬2010
‫فیلم‬‫گرافن‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫های‬‫قالب‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫شده‬ ‫اصالح‬ ‫گرافن‬ ‫آرایش‬
‫سطح‬ ‫مساحت‬:m2/g194/2
‫الکتریکی‬ ‫رسانایی‬:S/cm1024
‫خازن‬ ‫ابر‬2012
‫توپ‬‫گرافنی‬ ‫های‬‫آئروسل‬
‫سطح‬ ‫مساحت‬:m2/g82
‫فشاری‬ ‫استحکام‬:MPa55
‫سلول‬‫میکرو‬ ‫سوختی‬ ‫های‬‫بی‬2011
‫توپ‬‫گرافنی‬ ‫های‬‫قالب‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫بخار‬ ‫فاز‬ ‫از‬ ‫شیمیایی‬ ‫رسوبدهی‬
‫سطح‬ ‫مساحت‬:m2/g508
‫الکتریکی‬ ‫رسانایی‬:S/cm6/5
‫خازن‬ ‫ابر‬2013
‫زنبوری‬ ‫النه‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬‫کستینگ‬ ‫فریز‬
‫الکتریکی‬ ‫رسانایی‬:S/cm0/12
‫فشاری‬ ‫استحکام‬:Mpa8-18
2012
‫زنبوری‬ ‫النه‬ ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬‫آرایی‬ ‫خود‬‫الکتریکی‬ ‫رسانایی‬:S/cm649‫خازن‬ ‫ابر‬2010

12. ‫سنتز‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫از‬ ‫برخی‬‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬
10
C. Han, et al., Structural diversity of graphene materials
and their multifarious roles in heterogeneous
photocatalysis, NanoToday (2016)

14. ‫خواص‬‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫گرافن‬
12
‫و‬ ‫باال‬ ‫ی‬‫ویژه‬ ‫سطح‬ ‫مساحت‬‫زیاد‬ ‫تخلخل‬
‫زیاد‬ ‫جذب‬ ‫قابلیت‬
‫ی‬‫االستیسیته‬ ‫و‬ ‫گریزی‬‫آب‬ ‫فوق‬‫باال‬
‫استحکام‬‫زیاد‬
‫برگشت‬ ‫طول‬ ‫ازدیاد‬ ‫برای‬ ‫پذیری‬ ‫انعطاف‬‫پذیر‬
‫الکتریکی‬ ‫و‬ ‫حرارتی‬ ‫هدایت‬‫باال‬
‫توزیع‬‫غیرخطی‬‫باندهای‬‫و‬ ‫هدایت‬‫واالنس‬(‫هادی‬‫نیمه‬‫با‬‫صفر‬ ‫گپ‬ ‫باند‬)
‫سازگاری‬ ‫زیست‬

15. ‫کاربردهای‬‫سه‬ ‫گرافن‬‫بعدی‬
13
‫موثر‬ ‫اصالح‬‫آب‬
‫سوخت‬ ‫جاذب‬‫آلی‬
‫لیتیمی‬ ‫های‬‫باتری‬
‫پیل‬‫سوختی‬ ‫های‬
‫ها‬‫سوپرخازن‬
‫و‬ ‫بیوسنسورها‬‫گازی‬ ‫سنسورهای‬
‫مهندسی‬‫بافت‬
‫بیوپزشکی‬ ‫کاربردهای‬

16. ‫بعدی‬ ‫سه‬ ‫و‬ ‫بعدی‬ ‫دو‬ ‫گرافن‬ ‫مقایسه‬
14

17. ‫دات‬ ‫کربن‬ ‫معرفی‬
15
‫نقاط‬‫کوانتومی‬‫کربنی‬‫نسل‬‫جدیدی‬‫از‬‫کربن‬‫های‬‫حاوی‬‫اکسیژن‬‫هستند‬‫که‬‫دارای‬‫هندس‬‫ه‬‫کروی‬‫با‬
‫اندازه‬‫کمتر‬‫از‬10‫نانومتر‬‫می‬‫باشند‬.
‫کربن‬‫دات‬‫ها‬‫حاوی‬‫گروه‬‫های‬‫کربوکسیلیک‬‫اسیدی‬‫بسیاری‬‫روی‬‫سطح‬‫خود‬‫هستند‬‫و‬‫حال‬‫لیت‬‫بسیار‬
‫خوبی‬‫در‬‫محیط‬‫های‬‫آبی‬‫دارند‬.

18. 16
‫کربن‬‫دات‬‫ها‬‫برای‬‫اولین‬‫بار‬‫در‬‫سال‬2004‫به‬‫صورت‬،‫تصادفی‬‫به‬‫هنگام‬‫خالص‬‫سازی‬‫نانو‬‫لوله‬‫های‬‫کرب‬‫نی‬
‫تک‬‫دیواره‬‫با‬‫روش‬،‫الکتروفورز‬‫توسط‬‫گروه‬‫زو‬‫و‬،‫همکارانش‬‫به‬‫دست‬‫آمدند‬.
‫در‬‫سال‬2006‫توسط‬‫گروه‬‫سان‬‫و‬،‫همکارانش‬‫کربن‬‫نانو‬‫دات‬‫ها‬‫از‬‫طریق‬‫کندگی‬‫لیزر‬‫هدف‬‫کربنی‬‫در‬
‫حضور‬‫بخار‬‫آب‬‫در‬‫دمای‬900‫درجه‬‫سانتیگراد‬‫و‬‫فشار‬۷5‫کیلو‬‫پاسکال‬‫تهیه‬‫شدند‬.
‫در‬‫سال‬200۷‫توسط‬‫گروه‬‫ژو‬‫و‬،‫همکارانش‬‫کربن‬‫نانو‬‫دات‬‫ها‬‫از‬‫طریق‬‫سنتز‬‫الکتروشیمیایی‬‫به‬‫دست‬‫آمدند‬.
‫دات‬ ‫کربن‬ ‫تاریخچه‬

19. 1۷
‫در‬‫سال‬200۷‫توسط‬‫گروه‬‫مائو‬‫و‬،‫همکارانش‬‫کربن‬‫نانو‬‫دات‬‫ها‬‫با‬‫قطر‬‫کمتر‬‫از‬2‫نانومتر‬‫و‬‫با‬‫روش‬‫احتراق‬
‫شمع‬‫به‬‫دست‬‫آمدند‬.
‫در‬‫سال‬2009‫توسط‬‫گروه‬‫لیو‬‫و‬،‫همکارانش‬‫کربن‬‫نانو‬‫دات‬‫ها‬‫با‬‫روش‬‫سنتز‬‫بر‬‫روی‬‫پایه‬‫به‬‫دست‬‫آمدند‬.
‫در‬‫سال‬2009‫توسط‬‫گروه‬‫لیو‬‫و‬،‫همکارانش‬‫کربن‬‫نانو‬‫دات‬‫ها‬‫با‬‫روش‬‫سنتز‬‫با‬‫استفاده‬‫از‬‫امواج‬‫ماک‬‫روویو‬‫به‬
‫دست‬‫آمدند‬.
‫دات‬ ‫کربن‬ ‫تاریخچه‬

20. 18
‫دات‬ ‫نانو‬ ‫کربن‬ ‫سنتز‬‫به‬ ‫باال‬ ‫روش‬ ‫به‬ ‫ها‬‫پایین‬:
‫قوسی‬ ‫تخلیه‬
‫لیزر‬ ‫با‬ ‫کندگی‬
‫الکتروشیمیایی‬ ‫سنتز‬
‫های‬ ‫روش‬ ‫از‬ ‫برخی‬‫دات‬ ‫نانو‬ ‫کربن‬ ‫سنتز‬‫ها‬
‫دات‬ ‫نانو‬ ‫کربن‬ ‫سنتز‬‫روش‬ ‫به‬ ‫ها‬‫پایین‬‫باال‬ ‫به‬:
‫حرارتی‬ ‫سنتز‬/‫احتراقی‬
‫پایه‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫سنتز‬
‫ماکروویو‬ ‫امواج‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫سنتز‬/‫فر‬‫اصوت‬

22. 20
‫آب‬ ‫در‬ ‫زیاد‬ ‫بسیار‬ ‫حاللیت‬
‫سازگاری‬ ‫زیست‬
‫باال‬ ‫الکتریکی‬ ‫هدایت‬
‫شیمیایی‬ ‫و‬ ‫فتوشیمیایی‬ ‫پایداری‬
‫خواص‬ ‫داشتن‬‫فوتولومینسانس‬
‫کم‬ ‫سمیت‬
‫زیست‬ ‫محیط‬ ‫دوستدار‬
‫شدن‬ ‫دار‬ ‫عامل‬ ‫سهولت‬
‫دات‬ ‫نانو‬ ‫کربن‬ ‫خواص‬‫ها‬

23. 21
‫دات‬ ‫نانو‬ ‫کربن‬ ‫کاربردهای‬
‫سنسورها‬ ‫بیو‬
‫فوتوکاتالیست‬‫ها‬
‫رسانی‬ ‫دارو‬
‫پزشکی‬ ‫برداری‬ ‫تصویر‬
‫خازن‬ ‫ابر‬‫ها‬
‫باتری‬‫لیتیومی‬ ‫های‬

24. 22
 1. Gersten, J.I. and F.W. Smith, The physics and chemistry of materials. 2001: Wiley New York.
 2. Fitzer, E., et al., Recommended terminology for the description of carbon as a solid (IUPAC
Recommendations 1995). Pure and Applied Chemistry, 1995. 67(3): p. 473-506.
 3. Pierson, H.O., Handbook of Carbon, Graphite, Diamonds and Fullerenes: Processing, Properties
and Applications (Materials Science and Process Technology). William Andrew Inc, 1993.
 4. G. Álvarez Romero, G. Alarcon Angeles, and A. Merkoçi, "Graphene: insights of its application in
electrochemical biosensors for environmental monitoring," Biosensors Nanotechnology, pp. 111-140,
2014
 5. Slonczewski JC, Weiss PR." Band structure of graphite". Phys Rev 1958; 109:272
 6. Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, Jiang D, Katsnelson MI, Grigorieva IV, et al. "Two-dimensional
gas of massless Dirac fermions in grapheme". Nature 2005; 438:197.
 7. Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, Jiang D, Zhang Y, Dubonos SV, et al. "Electric field effect in
atomically thin carbon films." Science 2004; 306:66
‫منابع‬ ‫از‬ ‫برخی‬

25. ‫شما‬ ‫توجه‬ ‫از‬ ‫سپاس‬ ‫با‬