مدل‌سازی رشد پالادیم در اکسید گرافن

لایه‌های اکسیدگرافن با فواصل نانومتری توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است به طوری که تحقیقاتی در این زمینه در حال انجام است. برخی پژوهشگران معتقدند که فضای محدود میان لایه‌های اکسیدگرافن تاثیر شگرفی روی واکنش‌های شیمیایی نانومقیاس دارد و در این راستا از اکسید گرافن به عنوان الگو برای رشد نانوورق‌های اکسید فلزی استفاده شده و نانوروق‌هایی با مورفولوژی مختلف تولید شده است.

دکتر مهدی نیک‌عمل، از دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی با همکاری محققانی از دانشگاه منچستر و دانشگاه آنتورپن بلژیک اقدام به مطالعه رشد نانوبلورهای پالادیم میان صفحه‌های اکسیدگرافن کردند.

دکتر نیک‌عمل درباره سابقه این فرآیند می‌گوید: «پیش از این تلاش‌هایی برای رشد نانوذرات مس میان لایه‌های اکسید گرافن انجام شده بود اما رشد این نانوذرات به صورت کنترل شده نبوده و در نهایت به متورم شدن اکسیدگرافن ختم می‌شود.

در واقع با تشکیل بلورهای اکسیدمس، رشد بلور بدون توقف ادامه پیدا می‌کند و افزایش ابعاد بلور مس به لایه‌های اکسید گرافن فشار وارد کرده و منجر به تورم ساختار اکسیدگرافن می‌شود. ما در این پروژه به بررسی رشد نانوبلورهای پالادیم میان لایه‌های اکسیدگرافن پرداختیم. هدف ما این بود که نشان دهیم چه سازوکاری در رشد بلورهای پالادیم نقش موثری دارد.

یکی از تفاوت‌های بارز رشد بلور پالادیم با مس این است که در مورد نانوبلورهای پالادیم، رشد کاملا محدود بوده و در نهایت منجر به تولید بلورهایی با ابعاد ۵ نانومتر می‌شود. در واقع فرآیند خودمحدود شونده بوده و برخلاف فرآیند رشد مس، منجر به تورم ساختار اکسید گرافن نمی‌شود بلکه ورق‌ها متناسب با فاصله دو صفحه اکسید گرافن رشد کرده و ابعاد بلور به این صفحه‌ها محدود می‌شوند.»

نویسنده مسئول مقاله مربوط به این پروژه می‌افزاید: «مزیت رشد پالادیم در این ساختار لایه‌ای این است که اکسید گرافن دچار فروپاشی نشده و ساختار اولیه خود را حفظ می‌کند. در این فرآیند بلورها از لبه‌های اکسید گرافن سر ریز می‌شوند. ما در این پروژه مدل‌سازی انجام دادیم تا برهمکنش پالادیم با لایه‌های اکسید گرافن را بررسی کنیم و در این مسیر مدل ایجاد شده را با مدل‌های تجربی مورد مقایسه قرار دادیم.»

دکتر نیک‌عمل معتقد است که برهمکنش پالادیم با دو سطح اکسید گرافن قوی بوده از این رو مانع از تورم دو لایه می‌شود بنابراین زمانی که بلور رشد می‌کند به جای فشار وارد کردن به دیواره‌های اکسیدگرافن، فضاهای خالی را پر می‌کند و در نهایت سرریز می شود.

از نظر دکتر نیکل عمل، گام بعدی این پروژه شناسایی بهتر فرآیند و بهبود این مدل است. هرچند این مدل به سادگی فرآیند را تشریح می‌کند اما با توسعه آن می‌توان فرآیند رشد با دقت بیشتری مورد مطالعه قرار داد. لازمه این کار بررسی دقیق‌تر برهمکنش‌ها در فرآیند رشد است تا در نهایت بتوان دینامیک رشد را شبیه‌سازی کرد.
این فناوری می‌تواند برای ساخت ادوات ذخیره‌سازی انرژی و ماده و همچنین ساخت نانوبلور دو بعدی مورد استفاده قرار گیرد.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای با عنوان Self-limiting growth of two-dimensional palladium between graphene oxide layers در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.