تولید اقتصادی گرافن کوانتوم دات و اکساید در دانشگاه آزاد اسلامی

به گزارش خبرنگار خبرگزاری آنا، گرافن، ساختار دوبعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی است. گرافن به علت داشتن خواص فوق‌العاده در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک پذیری حامل‌های بار، رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به ماده‌ای منحصر به فرد تبدیل شده است و اما، نقاط کوانتومی، نانو کریستال‌های نیمه هادی با قطر ۲ تا ۱۰ نانوم‌تر هستند که بعد از تحریک شدن، از خود نور ساطع می‌کنند و به طور معمول از ۲۰۰ تا ۱۰۰۰۰ اتم تشکیل شده‌اند. نقاط کوانتومى به دلیل اندازه کوچکشان قابلیت تطبیق پذیرى بسیاری دارند یعنى مى توان با تغییر ساختار آن، خواص آن را مطابق با نیاز خود تنظیم کرد.

بر اساس مطالعات انجام شده با توجه به خواص بالقوه این نانو ساختار اتحادیه اروپا ۱۰۰۰ میلیون یورو برای همکاری در زمینه این نانو ساختار کمک مالی (سرمایه گذاری) کرده است، کشور کره جنوبی نیز برای تجاری سازی این محصول ۳۵۰ میلیون دلار و کشور انگلیس در آخرین مرکز بازاریابی ۵۰ میلیون پوند هزینه کرده است.

در آخرین گزارش منتشر شده در حوزه گرافن نیز انتظار می‌رود که کسب و کار گرافن از تقریبا ۶۷ میلیون دلار در سال ۲۰۱۵ به ۶۸۰ میلیون دلار در سال ۲۰۲۰ افزایش یابد که نرخ رشد سالانه آن معادل58.7 درصد در مدت ۵ سال خواهد بود.

دکتر لاله ملک نیا عضو هیات علمی گروه مهندسی پزشکی واحد تهران جنوب و مهندس احمد ده‌دست محققان مرکز تحقیقاتی فناوری نانو دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب موفق به تولید اقتصادی نانو کوانتوم دات و نانو گرافن اکساید شدند که ضمن کاهش هزینه‌های تولید، قابلیت تجاری‌سازی نیز دارد.

رئیس مرکز تحقیقات فناوری نانو واحد تهران جنوب در گفت‌وگو با خبرنگار آنــا با توجه با به اهمیت و کاربردهای گرافن کوانتوم دات و گرافن اکساید در حوزه‌های پزشکی، محیط زیست، انرژی، الکترونیک و منسوجات اظهار کرد: «نقاط کوانتومی گرافن و گرافن اکساید به عنوان اعضای جدید خانواده کربن توجه زیادی را به دلیل پتانسیل‌های بالقوه خود برای برنامه‌های کاربردی مربوط به حوزه بیولوژیک، اپتیک، الکترونیک و انرژی جذب کرده‌اند که از جمله کاربرد‌ها می‌توان مواردی همچون دیودهای نوری، آشکارسازهای نوری، سلول‌های خورشیدی، فوتو کاتالیز، سنسور‌ها و بیوسنسور‌ها را نام برد.»

ملک‌نیا صنایع تولید صفحه نمایشگر نازک برای دستگاه‌های تلفن همراه ارزان قیمت، باتری یون لیتیومی با قابلیت شارژ سریع، نمک زدایی کم هزینه آب و طراحی سنسورو بیوسنسور را از حوزه‌های کاربردی گرافن اکساید نام برد و افزود: «این موارد و سایر ویژگی‌های گرافن و قابلیت بالای صنعتی شدن آن سبب می‌شود که علاقه‌مندی به کاربرد صنعتی آن هر روز بیشتر شود به طوری‌ که بازار گرافن اساسا از سوی افزایش تولید گرافن با خواص مناسب برای کاربرد قطعی هدایت خواهد شد و این شرایط برای دهه آینده ادامه خواهد یافت.»

ملک نیا، کاهش هزینه‌های تولید را یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این مطالعات عنوان کرد و گفت: «با توجه به روش خاصی که در این پروژه استفاده شده است هزینه تولید این فرایند به طور چشمگیری کاهش یافته است به طور مثال تهیه یک گرم گرافن اکساید اکنون مبلغی بالغ بر 400 تا 450 هزار ریال هزینه دارد که با تولید اقتصادی آن در این مرکز امکان تولید یک گرم آن با هزینه هر گرم حدود 50 هزار ریال وجود دارد و ارزش طرح انجام شده نیز به اقتصادی بودن روش و تجاری شدن آن است.»

وی افزود: «در زمینه کوانتوم دات که قیمت بسیار بالا تری دارد می‌توان گفت به عنوان هزینه خرید یک سی سی کوانتوم دات 5 تا 7 میلیون ریال است که در این مرکز و این کار تحقیقاتی تولید یک سی سی کوانتوم دات هزینه‌ای حدود 100 هزار ریال است.»

عضو مرکز تحقیقات فناوری نانو واحد تهران جنوب نیز با تاکید بر اینکه دستاوردهای این مرکز قابلیت تجاری‌سازی را دارد به آنــا گفت: «کاری که در این مرکز انجام شده یک کار گروهی است و این همکاری منجر به این شد که نتیجهٔ کار بتواند به بازار عرضه و کاربردی شود و اساساً این از اهداف مرکز است که طرح‌های تحقیقاتی سمت بازار سوق داده شده و اقتصادمحور باشد.»

ده‌دست درباره زمان مطالعات و بهینه سازی این اختراعات اظهار کرد: «تقریبا بیش از شش ماه زمان برد تا مطالعات آزمایشگاهی را آغاز کردیم و روش‌های مختلفی برای سنتز مورد آزمایش قرار گرفت اما در روش آخر که یک روش کاملاً مقرون به صرفه و اقتصادی بود نتایج مطلوب حاصل شد.»

وی افزود: «دنیای علم و فناوری به تولید مقاله اهمیت می‌دهد اما چیزی که در کشورهای صنعتی بیشتر از تولید مقاله به آن اهمیت می‌دهند انجام تحقیقات با قابلیت ارائه به صنعت است.»

ده دست بیان کرد: «همه مراحل طراحی و سنتز این محصول در همین مرکز (مرکز تحقیقاتی فناوری نانو تهران جنوب) انجام شد و این مرکز این مزیت را دارد که افراد کاملا به صورت گروهی فعالیت می‌کنند و همه ایده‌ها در بین محققان مرکز ارائه و نکات ضعف و مثبت ایده سنجیده می‌شود که در صورت تایید اجرایی شده به سمت فاز تحقیقاتی خواهد رفت. در این مرحله شاید به شاخه‌های متعددی برخورد کنیم که نهایتاً فازی که قابلیت تجاری شدن را دارد انتخاب و در آن مسیر حرکت می‌کنیم.»

وی افزود: «نگاه مسئولان و حمایت‌هایی که از تیم تحقیقاتی صورت گرفت سبب شد تا در این‌بازه زمانی کوتاه که از عمر مرکز می‌گذرد، بتوانیم گام بزرگی برای تولید یک محصول برداریم و همین جا از حمایت‌های دکتر دانشیان رئیس واحد و دکتر شیخان و دکتر گیاهی حوزه پژوهش تشکر می‌کنیم.»

گزارش: امیرعلی هاشمی