فایل – مطالعه برهمکنش گرافن و پروتئین ۹۳OTQ

(شکل۱-۱):ساختار شبکه شش ضلعی گرافن
علاوه بر این‌ها خصوصیات سامانه‌های گرافن بطور مستقیم به تعداد لایه‌های گرافن موجود در سامانه مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال، گذردهی نوری برای گرافن تک لایه تقریباً برابر با ۹۷ درصد ومقاومت صفحه آن ۲/۲ می‌باشد وگذردهی نوری برای گرافن‌های دو لایه، سه لا یه و چهار لایه به ترتیب ۹۵، ۹۲ و ۸۹ درصد با مقاومت صفحه به ترتیب ۱۰۰، ۷۰۰ و ۴۰۰ است که نشان دهنده آن است که با افزایش تعداد صفحات گرافن گذردهی نوری سامانه کم می‌شود.
خواص منحصر بفرد گرافن آن راکاندیدای بسیار مطلوبی برای طراحی نسل بعدی قطعه‌های الکترونیکی و نوری همچون ترانزیستورهای بالستیک، ساطع کننده‌های میدان، عناصر مدارهای مجتمع، الکترودهای رسانای شفاف و حسگرها قرار داده است. همچنین رسانندگی الکتریکی و گذردهی نوری بالای گرافن، آن را به عنوان کاندیدی مناسب برای الکترودهای رسانای شفاف، که مورد استفاده در صفحه‌های لمسی و نمایشگرهای بلوری مایع و سلول‌های فوتوالکتریک و به علاوه دیودهای آلی ساطع کننده نور۴ معرفی می‌کند. بکار گیری بسیاری از این سامانه‌های اشاره شده منوط به داشتن تک لایه گرافنی پایدار بر روی زیر لایه مناسب با گاف انرژی قابل کنترل می‌باشند که این موضوع خود با چالش جدی روبروست.
۴٫OLED
۱-۳-تاریخچه کشف گرافن
اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال ۱۹۸۶ معرفی شد که از ترکیب کلمه ی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای۵اشاره دارد ایجاد شد. این نام برای توصیف یک تک لایه از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت۶مورد استفاده قرار گرفت (شکل ۱-۲) ترکیبات بین لایه ای گرافیت را نشان می دهد. هر چند که این مفهوم به طور تئوری نخستین بار در سال ۱۹۴۷ توسط فیلیپ والاس به عنوان یک نقطه شروع برای درک خواص الکترونیکی گرافیت سه بعدی مطرح شد[۱۳]پس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفت اما قضیه‌ای به نام قضیه ی مرمین-واگنر درمکانیک آماری و نظریه ی میدان‌های کوانتومی (بر اساس علم فیزیک) وجود داشت که ساخت یک ماده ی دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار و صرفاً یک ماده نظری می‌دانست.
شکل (۱-۲): ترکیبات بین لایه ای گرافیت۷
همین مسئله باعث شد با وجود اینکه این ماده توسط افرادی ساخته شده بود در طی سال ها همچنان
ناشناخته باقی بماند و تا سال ۲۰۰۴ هیچگونه توجهی به بررسی خصوصیات گرافن نشود.
۵- Polycyclic
Graphite Intercalation Compound- 6
graphite intercalation compounds-7
در طی سال ها تک لایه هایی از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت با میکروسکوپ الکترونی عبوری دیده شدند. ساختارهایی که در واقع اکسید گرافن (ورقه ی ازگرافن که با گروه های هیدروکسیل و اپوکسید پوشیده شده است) یا اکسید گرافن کاهش یافته۸ بودند که با میکروسکوپ الکترونی عبوری ( اکسید گرافن توسط روئس و ووگت، ۱۹۴۸ و اکسید گرافن کاهش یافته توسط بوئم و هوفمن، دیده شدند. ساخت گرافن اکسید به سال ۱۸۵۹ بر می گردد. با قرار دادن گرافیت در اسیدهای قوی، ماده ای بدست آمد که در آن زمان کربونیک اسید نام گرفت [۱۴]. برودی تصور می کرد که فرم جدیدی از کربن با وزن مولکولی ۳۳ به نام گرافون کشف کرده است. ولی در واقع بعدها مشخص شد که او یک سوسپانسیون از بلورهای کوچک گرافن اکسیدساخته است (شکل ۱-۳- الف) [۱۵] . در سال ۱۹۴۸، روئس و ووگت میکروسکوپ الکترونی عبوری را به کار بردند و بعد از خشک کردن یک قطره از سوسپانسیون گرافن اکسید بر روی گرید۲، تکه هایی با ضخامت کمتر از چند نانومترمشاهده کردند [۱۶] . در سال ۱۹۶۲ بوئم و هوفمن جستجوی زیادی برای پیدا کردن نازکترین قطعه از گرافن اکسید کاهش یافته انجام دادند و تعدادی تک لایه پیدا کردند (شکل ۱-۳- ب) [۱۷] .
ولی این مشاهدات تا سال های ۲۰۰۹ الی ۲۰۱۰ توجه زیادی به خود معطوف نکرد. در واقع بوئم و هوفمن در تشخیص سال ۱۹۶۲ به کانتراست نسبی۹استناد کرده بودند که روشی است که پایه ی تحقیقات دقیق امروز نمی باشد.
با این وجود، امروزه کار بوئم و هوفمن (۱۹۶۲) به عنوان اولین مشاهده ی ورقه های گرافن با میکروسکوپ الکترونی عبوری در نظرگرفته می شود. با شروع دهه ی ۱۹۷۰، گرافن تک لایه برای اولین بار بر روی سطح مواد دیگر با استفاده از روش رشد همبافته۱۰تولید شد[۱۸] . این گرافن ایجاد شده شامل یک شبکه شش ضلعی از اتم های کربن پیوند شده با هیبریدsp2 با ضخامت یک اتم بود. فیلم رشد یافته معمولاً با استفاده از روش های علمی سطح، تجزیه و تحلیل می شد که در واقع در ناحیه ی بزرگی متوسط گیری می شد و هیچگونه بحثی در مورد کیفیت و پیوستگی این لایه ها نمی شد.
۸٫Reduced Graphene Oxide
۹٫TEM
Epitaxial Growth10.
شکل(۱-۳-الف): سوسپانسیون ساخته شده به وسیله ی برودی و(۱-۳-ب): تصویر از تکه ی خیلی نازکی از گرافیت اکسید کاهش یافته در سال ۱۹۶۲ [۱۹]
با این حال، در بعضی موارد انتقال بار قابل توجه از بستر به گرافن رشد یافته و در برخی موارد، هیبریداسیون بین اوربیتال d از اتم بستر و اوربیتال π از گرافن اتفاق می افتاد. این به طور قابل توجهی منجر به تغییر ساختار الکترونیکی گرافن رشد یافته می شد [۲۰].
همچنین با شروع سال ۱۹۹۰ تلاش های بسیاری برای ایجاد فیلم های بسیار نازک از گرافیت با خراش دادن و یا مالش گرافیت در برابر یک سطح دیگر (ورقه شدن میکرومکانیکی) انجام شد اما در طول این سال ها (تا سال ۲۰۰۴) هیچ ماده ی کربنی نازک تر از ۵۰ تا ۱۰۰ لایه تولید نشد.
در سال ۲۰۰۰، کیم و همکارانش روش ورقه شدن میکرومکانیکی را تا حدی اصلاح کردند و یک مداد با تکنولوژی بالا۱۱ایجاد کردند. آنها یک میکروکریستال از گرافیت را به بازوی تیرک یک میکروسکوپ نیروی اتمی۱۲متصل کردند و نوک این میکروکریستال را در طول یک ویفر سیلیکون (شبیه به نوشتن با یک مداد) خراش دادند. با این روش ماده ای به ضخامت چند ده لایه ی اتمی بدست آمد و مواد بدست آمده در واقع گرافیت نازک بود، نه گرافن (شکل۱-۱۴) به این ترتیب کسی واقعاً انتظار نداشت که چنین ماده ای (گرافن) درطبیعت وجود داشته باشد این فرض بدبینانه تا سال ۲۰۰۴ باقی ماند.
۱۱٫Nanopencil
۱۲٫AFM
(شکل۱-۴- الف): نانومداد(شکل ۱-۴- ب):تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از گرافن ضخیم [۲۱]
در سال ۲۰۰۴، یک گروه از فیزیکدانان از دانشگاه منچستر بریتانیا به رهبری آندره گایم و کنستانتین نووسلف تغییری در مورد فرضیه ی بی ثباتی گرافن ایجاد کردند و نشان دادند که قضیه ی مرمین-واگنر نمی‌تواند کاملاً درست باشد. آنها یک روش متفاوت و در نگاه اول ساده لوحانه برای بدست آوردن گرافن ارائه دادند که منجر به تحولی عظیم در این رشته شدند. آنها با استفاده از چسب نواری یک تک ورقه ی گرافن )یک مونو لایه از اتمهای کربن) را از گرافیت با روش ورقه ورقه شدن میکرومکانیکی۱۳جدا کردند و سپس آن را به یک ویفر سیلیکون که با ورقه ی نازکی ازSiO2 پوشیده شده بود منتقل کردند که می تواند به این شکل در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار گیرد (شکل۱-۵). جایزه ی نوبل فیزیک ۲۰۱۰ نیز به خاطر ساخت ماده‌ای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت.
(شکل ۱-۵- الف): یک کلوخه از گرافیت، (شکل ۱-۵- ب): چسب و(شکل ۱-۵- ج): یک ترانزیستور گرافن [۲۲]
۱۳٫Scotch® tape technique
کشف گرافن به سیل عظیمی از تحقیقاتی بین المللی منجر شده است. با این حال، مانند دیگر فرمهای دیگر تازه کشف شده از کربن، مانند فولرن ها و نانولوله های کربنی(CNTS) ، در دسترس بودن مواد و فرآیندپذیری، عوامل محدود کننده سرعت در مراحل ارزیابی کاربرد گرافن می باشد.
برای گرافن، یک چالش مهم، سنتز و تولید گرافن خالص با کیفیت و در مقیاس بالا می باشد[۲۳].
۱-۴- ساختار اتمی
ساختار اتمی تک لایه ی مجزای گرافن به روش میکروسکوپی عبوردهی الکترونی۱۴بر روی ورقه‌هایی از گرافن که در بین دو شبکه آهنی نگه داشته شده‌اند، مطالعه شده است. طرح‌های پراش الکترونی ساختار شش ضلعی گرافن را نشان داده‌اند. علاوه بر این، گرافن از خود اعوجاج‌هایی را بر روی این ورقه‌های تخت نشان داده‌اند، با دامنه‌ای در حدود یک نانومتر. این اعوجاج‌ها ممکن است خصلت ذاتی ای برای گرافن به خاطر ناپایداری کریستال‌های دو بعدی باشد، و یا حتی ممکن است در اثر عوامل خارجی ای ناشی از ناخالصی‌هایی که در سرتاسر گرافن وجود دارند و کاملاً به توسط تصاویر۱۵ تهیه شده از گرافن مشاهده شده‌اند، به وجود آمده باشند. تصاویر فضای حقیقی با دقت اتمی گرفته شده از تک لایه ی مجزای گرافن قرار گرفته بر روی زیر لایه یSiO2 به وسیله ی روش میکروسکوپی تونل زنی اسکن کننده۱۶ تهیه شده‌اند. این تصاویر نشان دادند که اعوجاج‌های تک لایه ی گرافن قرار گرفته بر روی زیر لایه ی SiO2 به خاطر ترکیب و تطبیق یافتن تک لایه ی گرافن با زیر لایه یSiO2 ایجاد شده‌اند و یک خصلت ذاتی برای آن نمی‌باشند. در (شکل۱-۶) انرژی الکترون‌ها با عدد موج k در گرافن، که به وسیله تقریب تنگ بست۱۷ محاسبه شده است قرار دارد.
 
۱۴٫Transmission Electron Microscopy
۱۵٫TEM

دانلود متن کامل این پایان نامه در سایت abisho.ir

  1. Scanning Tunneling Microscopy