پژوهشگران روش جدیدی برای تبدیل ساده‌تر کربن به گرافین و الماس توسعه دادند

محققان در دانشگاه «رایس» موفق به توسعه روشی شده‌اند که می‌تواند کربن را از منابع مختلف بطور مستقیم به مواد مفیدی مانند گرافین یا الماس تبدیل کند. در این روش از جریان سریع و کوتاه برق برای گرم کردن کربن استفاده می‌شود و تبدیل شدنش به فرم نهایی، توسط مدت زمان همین جریان مشخص می‌شود.

این تکنیک که با نام «گرمایش ژول فلاش» (FJH) شناخته می‌شود، برای اولین بار توسط این تیم در ژانویه ۲۰۲۰ توصیف شده بود. در این روش، یک جریان الکتریکی از ماده حاوی کربن عبور می‌کند و دمایش را به ۲,۷۲۷ درجه سلسیوس افزایش می‌دهد. در این زمان کربن به پوسته‌های تازه گرافین توربوسترات تبدیل می‌شود.

حالا پژوهشگران عملکرد این روش را بهبود داده‌اند. در ابتدا فلاش‌ها تا ۱۰ میلی‌ثانیه دوام می‌آورند، اما حالا مدت زمان آن‌ها بین ۱۰ تا ۵۰۰ میلی‌ثانیه قرار دارد. با افزایش این زمان، محققان فهمیدند که می‌توانند کربن را به شکل‌های دیگری هم تبدیل کنند که شامل الماس‌های نانو و کربن هم‌مرکز می‌شود. در حالت دوم، اتم‌های کربن پوسته‌ای اطراف یک ذره نانو الماس مرکزی شکل می‌دهند.

برای کمک به این روند، محققان در ابتدای کار به آن ترکیبات و پیش‌سازهای آلی فلوئور اضافه کردند. طبق پژوهش‌های گذشته، فلوئور می‌تواند منجر به افزایش استحکام اتم‌های کربن شود تا نانو الماس‌ها در شرایط ملایم‌تری ساخته شوند. بطور معمول، برای ساخت الماس به فشار‌های فوق‌العاده بالایی نیاز است.

به گفته پژوهشگران، با فرایند FJH جدید می‌توان این مواد را بطور انبوه تولید کرد، کاری که بطور سنتی چالش‌های مخصوص به خودش را دارد. این مواد شامل نانو الماس‌های فلوئوردار هم می‌شود که در اجزای الکتریکی مانند نیمه‌رسانا‌ها کاربرد دارد و معمولا نیازمند فرایندی جداگانه‌ای هستند.

اگر بتوان با روش جدید کربن را ساده‌تر و ارزان‌تر به گرافین و الماس تبدیل کرد، می‌توان امید داشت در آینده نه‌چندان دور باتری‌های گرافینی تجاری شوند. این تیم می‌خواهد در ادامه مسیر، از مواد افزودنی دیگری مانند بور، فسفر و نیتروژن استفاده کند.

مقاله اخیر در ژورنال «ACS Nano» منتشر شده است