Συνθετικοί οδοί και εφαρμογές της γραφενικής δομής

Abstract

Γραφένιο: ένα υλικό, δύο διαστάσεις, απεριόριστες δυνατότητες! Το δισδιάστατο αυτό πλέγμα ατόμων άνθρακα και οι μοναδικές του ιδιότητες έχουν μαγνητίσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας από την πρώτη κιόλας στιγμή της απομόνωσής του το 2004 μέχρι και σήμερα. Η εξαιρετικά υψηλή ηλεκτρική και θερμική του αγωγιμότητα σε συνδυασμό με την μηχανική του αντοχή και τα άλλα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του το καθιστούν κατάλληλο σε πληθώρα καίριων εφαρμογών. Εντούτοις η πολυπόθητη μαζική παραγωγή δεν έχει γίνει ακόμα πραγματικότητα, παρά τις εντατικές προσπάθειες και τις ποικίλες συνθετικές οδούς που έχουν αναπτυχθεί. Στην παρούσα εργασία, έπειτα από μία εισαγωγή, στην οποία αναφέρονται τα τυπικά γνωρίσματα του γραφένιου (1ο Κεφάλαιο), και μία σύνοψη των πιο διαδεδομένων μεθόδων παρασκευής του (2ο Κεφάλαιο), πραγματοποιείται μία γενική επισκόπηση των πειραματικών τους διεργασιών, ξεκινώντας από τις λεγόμενες top-down προσεγγίσεις που αφορούν την αποφλοίωση του γραφίτη και του γραφιτικού οξειδίου (3ο και 4ο Κεφάλαιο αντίστοιχα) και συνεχίζοντας με τις bottom-up διαδικασίες της επιταξιακής ανάπτυξης (5ο Κεφάλαιο). Ακολούθως επισημαίνονται και οι πειραματικές πορείες της διαμόρφωσης γραφενικών νανολωρίδων, ήτοι της top-down τεχνικής της τομής νανοσωλήνων άνθρακα (6ο Κεφάλαιο) και της bottom-up σύνθεσης σε μοριακό επίπεδο (7ο Κεφάλαιο). Τελικώς σημειώνεται μία σύντομη παράθεση επιλεγμένων εφαρμογών που έχουν ήδη υλοποιηθεί σε εργαστηριακή κλίμακα (8ο Κεφάλαιο).

Graphene: one material, two dimensions, endless possibilities! This two-dimensional grid of carbon atoms and his unique properties have captured the attention of the scientific community from the first moment of his isolation in 2004 until today. The extremely high electrical and thermal conductivity along with his mechanical strength and other special features render it suitable for a number of crucial applications. Nevertheless the much desired mass production has not been achieved yet, in spite of intense efforts and various developed synthetic routes. Herein, after an introduction about the characteristics of graphene (1st Chapter) and a summary of the most widely used preparation methods (2nd Chapter), an overview of their experimental processes is carried out, starting from the so-called top-down approaches concerning the exfoliation of graphite and graphite oxide (3rd and 4th Chapter respectively) and moving on with the bottom-up processes of epitaxial growth (5th Chapter). Next the experimental procedures involving the formation of graphene nanoribbons are also noted, namely the top-down technique of unzipping carbon nanotubes (6th Chapter) and the bottom-up synthesis at a molecular level (7th Chapter). Finally there is a brief presentation of selected applications that have already been completed on a laboratory scale (8th Chapter).