الجرافينتعد حاليًا واحدة من أكثر المواد البحثية شيوعًا. لديها العديد من الخصائص الممتازة، مثل الموصلية العالية، والتوصيل الحراري العالي، والخصائص الميكانيكية الجيدة، وما إلى ذلك. في الآونة الأخيرة، جذبت النقاط الكمومية المصنوعة من الجرافين أيضًا اهتمامًا واسع النطاق. تعتبر نقاط الجرافين الكمومية مواد مهمة للجيل القادم من الأجهزة الضوئية والكهربائية وأجهزة تخزين الطاقة، وقد جذبت الانتباه بسبب مزايا أدائها الممتازة في مختلف التطبيقات. ستقدم هذه المقالة خصائص وتوليف وتطبيقات نقاط الجرافين الكمومية.
1. أداءالنقاط الكمومية الجرافين
النقاط الكمومية للجرافين هي نوع جديد من مادة الكربون التي يبلغ قطرها عادة أقل من 10 نانومتر. بالمقارنة مع النقاط الكمومية التقليدية لأشباه الموصلات، تتمتع النقاط الكمومية للجرافين بالمزايا التالية:
(1) إمكانية تعديل الحجم: تتميز نقاط الجرافين الكمومية بأقطار قابلة للتعديل. يتيح ذلك لنقاط الجرافين الكمومية عرض خصائص ووظائف مختلفة في تطبيقات مختلفة.
(2) الأداء الإلكتروني البصري القوي: يمنحها هيكل نطاق نقاط الجرافين الكمومية خصائص بصرية وكهربائية ممتازة.
(3) الاستقرار الجيد: هناك العديد من المجموعات الوظيفية على سطح نقاط الجرافين الكمومية، والتي يمكنها تثبيت خواصها الكيميائية السطحية.
2. تركيب نقاط الجرافين الكمومية
هناك طريقتان لإعداد نقاط الجرافين الكمومية: من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى.
التوليف من أعلى إلى أسفل
يشير النهج من أعلى إلى أسفل إلى النقش الفيزيائي أو الكيميائي للمواد كبيرة الحجم في نقاط كمومية من الجرافين النانوية، والتي يمكن تحضيرها من خلال مسارات التقشير الحرارية والكهروكيميائية والكيميائية بالمذيبات.
تعد طريقة المذيبات الحرارية إحدى الطرق العديدة لتحضير نقاط الجرافين الكمومية، ويمكن تقسيم عمليتها إلى ثلاث خطوات: أولاً، يتم تقليل الجرافين المؤكسد إلى صفائح جرافين نانوية تحت درجة حرارة عالية في حالة فراغ؛ أكسدة وقطع صفائح الجرافين النانوية في حامض الكبريتيك المركز وحمض النيتريك المركز؛ أخيرًا، يتم تقليل صفائح الجرافين النانوية المؤكسدة في بيئة حرارية مذيبة لتكوين نقاط كمومية من الجرافين.
يمكن تلخيص عملية التحضير الكهروكيميائي لنقاط الجرافين الكمومية في ثلاث مراحل: المرحلة هي فترة الحث عندما يكون الجرافيت على وشك التقشر وتكوين الجرافين، ويبدأ لون الإلكتروليت بالتغير من عديم اللون إلى الأصفر ثم إلى الداكن بني؛ المرحلة الثانية هي توسع كبير للجرافيت في الأنود؛ المرحلة الثالثة هي عندما تقشر رقائق الجرافيت من الأنود وتشكل محلولًا أسودًا مع المنحل بالكهرباء. وفي المرحلتين الثانية والثالثة تم العثور على رواسب في قاع الدورق. في التفاعلات الكهروكيميائية، هناك تفاعل بين الماء والأنيونات في السوائل الأيونية، لذلك يمكن تعديل شكل وحجم المنتجات عن طريق تغيير نسبة الماء إلى السوائل الأيونية. حجم النقاط الكمومية المحضرة من الإلكتروليتات ذات التركيز الأيوني العالي أكبر من حجم النقاط الكمومية المحضرة من الإلكتروليتات ذات التركيز المنخفض.
مبدأ التقشير الكيميائي لألياف الكربون هو تقشير مصدر الكربون طبقة طبقة من خلال التفاعلات الكيميائية للحصول على نقاط الجرافين الكمومية. بنغ وآخرون. تم استخدام ألياف الكربون القائمة على الراتنج كمصدر للكربون، ثم تم تقشير الجرافيت المكدس في الألياف من خلال المعالجة الحمضية. يمكن الحصول على نقاط الجرافين الكمومية في خطوة واحدة فقط، لكن أحجام جسيماتها غير متساوية.
التوليف من أسفل إلى أعلى
يشير النهج التصاعدي إلى تحضير نقاط الجرافين الكمومية باستخدام وحدات هيكلية أصغر كسلائف من خلال سلسلة من قوى التفاعل، وذلك بشكل رئيسي من خلال مسارات التحضير مثل كيمياء المحاليل، والموجات فوق الصوتية، وطرق الموجات الدقيقة.
تُستخدم طريقة كيمياء المحاليل بشكل أساسي لتحضير نقاط الجرافين الكمومية من خلال طريقة كيمياء مرحلة المحلول لتكثيف أكسدة الأريل. تتضمن عملية التخليق تفاعل التكثيف التدريجي لبوليمرات جزيء صغير (3-يودو-4-بروموانيلين أو مشتقات البنزين الأخرى) للحصول على سلائف بوليسترين شجيري، يليه تفاعل أكسدة للحصول على مجموعات الجرافين، وأخيرًا الحفر للحصول على نقاط الجرافين الكمومية.
يستخدم مبدأ الميكروويف السكريات (مثل الجلوكوز والفركتوز وما إلى ذلك) كمصادر للكربون، لأنه بعد الجفاف، يمكن للسكريات أن تشكل C=C، والتي يمكن أن تشكل الوحدة الهيكلية الأساسية لنقاط الجرافين الكمومية. سيتم تجفيف عناصر الهيدروجين والأكسجين في مجموعات الهيدروكسيل والكربوكسيل وإزالتها في بيئة حرارية مائية، في حين ستظل المجموعات الوظيفية المتبقية مرتبطة بسطح نقاط الجرافين الكمومية. وهي موجودة كطبقات سلبية، والتي يمكن أن تجعل النقاط الكمومية للجرافين تتمتع بقابلية جيدة للذوبان في الماء وخصائص مضان.
3. تطبيق النقاط الكمومية الجرافين
تتمتع النقاط الكمومية للجرافين بآفاق تطبيقية واسعة في مجالات متعددة. فيما يلي بعض هذه التطبيقات:
(1) المجال الطبي الحيوي: تتمتع نقاط الجرافين الكمومية بتوافق حيوي جيد وتستخدم على نطاق واسع في تصوير الخلايا، وإطلاق الأدوية الخاضعة للرقابة، والاستشعار الجزيئي الحيوي، وغيرها من المجالات.
(2) المواد الفلورية: نظرًا لكثافة الفلورسنت العالية والعائد الكمي للنقاط الكمومية للجرافين، يمكن استخدامها في مجالات مثل شاشات العرض والأحبار الفلورية.
(3) معدات تخزين الطاقة الإلكترونية الضوئية: نظرًا للتوصيل الجيد والمساحة السطحية العالية لنقاط الجرافين الكمومية، يمكن استخدامها كمواد إلكترود للمكثفات الفائقة وبطاريات الليثيوم أيون والتطبيقات الأخرى.
باختصار، جذبت نقاط الجرافين الكمومية الكثير من الاهتمام باعتبارها مواد جديدة. على الرغم من أن طرق تحضير نقاط الجرافين الكمومية ليست ناضجة بما فيه الكفاية بعد، فإن آفاق تطبيقها الواسعة في الطب الحيوي، والمواد الفلورية، وتخزين الطاقة وغيرها من المجالات تستحق التطلع إليها
