محمود حاج‌زمان: ابتدا کمی پودر گرافیت را در همزن بریزید، آب و مایع ظرف‌شویی را به آن اضافه نموده و سپس با سرعت بالا آنها را مخلوط کنید. اکنون شما ماده عجیب گرافن را ساخته‌اید!
این دستور تهیه آسان اما شگفت انگیز، در حال حاضر ساده‌ترین راه تولید انبوه گرافن خالص است: ورقه‌های کربن که تنها به اندازه یک اتم ضخامت دارند. متخصصان پیش‌بینی می‌کنند این ماده به دلیل دارا بودن ویژگی‌های غیرعادی الکتریکی و حرارتی، انقلابی را در صنعت الکترونیک ایجاد خواهند کرد. اما مشکل کوچکی در این میان وجود دارد: در حال حاضر، ساخت گرافن با کیفیت بالا و در حجم وسیع کار بسیار دشواری است. بهترین روش‌های آزمایشگاهی نیز تنها قادرند این ماده را در مقیاسی کمتر از نیم گرم در ساعت تولید کنند. جاناتان کلمن از کالج ترینیتی دوبلین ایرلند می‌گوید: «شرکت‌هایی برای تولید گرافن با سرعت بالاتر وجود دارند، اما کیفیت تولید آنها قابل قبول نیست.»
گروه کلمن از طرف شرکت انگلیسی Thomas Swanکه به تولید مواد شیمیایی می‌پردازد، استخدام شده بود تا راهکار بهتری را ارائه دهد. بر اساس کارهای پیشین، آنها می‌دانستند که امکان تولید گرافن از بریدن گرافیت وجود دارد؛ یعنی همان شکلی از کربن که در نوک مدادها یافت می‌شود. گرافیت اساسا از ورقه‌های گرافن ساخته می‌شود که مانند یک دسته کارت به هم چسبیده‌اند، و بریدن آن به روش درست می‌تواند لایه‌های آن را از هم جدا کند.
کربن چرب و چیلی
گروه تحقیقاتی پودرگرافیت و مایعی حلال را در همزن آزمایشگاه قرار دادند و آنها را مخلوط کردند. تحلیل نتایج توسط میکروسکوپ الکترونی ثابت کرد که آنها توانسته‌اند گرافن را با سرعت 5 گرم در ساعت تولید کنند. برای فهمیدن اینکه فرایند مذکور تا چه اندازه می‌تواند عملی باشد، گروه از همزن‌ها و حلال‌های مختلفی استفاده کرد. در نهایت آنها دریافتند که همزن آشپزخانه و محلول Fairy Liquid که مارکی انگلیسی از مایع ظرف‌شویی است، می‌تواند همان کار را انجام دهد. نتایج این تحقیقات به تازگی در نشریه نیچر منتشر شده است.
کلمن می‌گوید: «اگر از همزن استفاده می‌کنید، چرا باید از محلول‌های گران‌قیمت استفاده کنید؟ چرا محلول ساده‌تری را که موجود هست به کار نمی‌برید، که به نظر من همان مایع ظرف‌شویی است.»
با این حال کلمن تاکید می‌کند که شاید هنوز وقت آن فرا نرسیده است که این کار را در خانه آزمایش کنید. مقدار دقیق مایع ظرف‌شویی مورد نیاز به خواص پودر گرافیت بستگی دارد؛ اینکه اندازه دانه‌های پخش شده چقدر است، و آیا ماده دیگری غیر از کربن در نمونه وجود دارد یا خیر. تشخیص این مسائل تنها در آزمایشگاه‌های پیشرفته و مجهز امکان‌پذیر است. همچنین این روش نمی‌تواند تمام گرافیت را به گرافن تبدیل کند، و لازم است که در انتهای کار دو ماده را از هم جدا کرد.
کلمن می‌گوید: «این آزمایش سرگرم‌کننده است، اما خیلی هم نمی‌توانید پیش بروید. شاید بتوانید مایعی سیاه‌رنگ سرشار از گرافن تولید کنید، اما مرحله بعدی چیست؟» محاسبات گروه نشان می‌دهد این روش در مقیاس صنعتی قابل اجرا است: ده هزار لیتر مایع در کنار موتوری مناسب می‌تواند 100 گرم گرافن در ساعت تولید کند. هم اکنون، شرکت Swan مرحله آزمایشی تولید به این روش را آغاز کرده است.
معیوب‌های مفید
ویژگی‌های بالقوه گرافن ارزان‌قیمت باعث هیجان زده شدن کلمن شده است. برای مثال، تجربیات آزمایشات قبلی نشان می‌دهد اضافه کردن گرافن به نوعی پلی‌استر، استحکام آن را تا 50 درصد افزایش می‌دهد؛ چرا که گرافن محکم‌ترین ماده شناخته شده جهان است. روش‌های جدید تولید گرافن، مقدار کافی این ماده را برای کاربردهای صنعتی فراهم می‌کند؛ کاربردهایی که به طور معمول نیازمند چندین کیلوگرم ماده اولیه خام است.
به گفته اندرو فراری از دانشگاه کمبریج، توانایی تولید مقادیر بالای گرافن با کیفیت بسیار مفید است، لزوما اما برای تمام کاربردها ضروری نیست. گرافن‌های معیوب نیز به راحتی به مولکول‌های دیگر متصل می‌شوند، و آنها را برای ساخت باتری‌ها و مواد کامپوزیتی مناسب می‌کنند.
با این حال، سادگی روش جدید کماکان بمنعکس کننده جداسازی اولیه گرافن است که توسط اندرو جیم و کنستانتین نوسلو در دانشگاه منچستر انجام شد. آنها برای جداسازی گرافن از نوار چسب و مداد استفاده کردند؛ روشی که جایزه نوبل 2010 / 1389 را برای آنها به ارمغان آورد. کلمن می‌گوید: «طرح‌های اولیه ما تولید گرافن در مقیاس تجاری بسیار پیچیده بودند، که بعدا مشخص شد ضرورتی ندارد. شاید ما در فهم اینکه چیزها تا چه اندازه می‌توانند ساده باشد، بد عمل می‌کنیم.»
53275