تولید انرژی الکتریکی از طریق برهم‌کنش مستقیم بین گرافن اکساید خالص و مولکول‌های آب
Electric Power Generation through the Direct Interaction of Pristine Graphene-Oxide with Water Molecules (26 February 2018)
توسعه نوع جدیدی از انرژی پاک و تجدیدپذیر، از اهمیت حیاتی برخوردار است چون نگرانی‌های فراوانی در مورد سوخت‌های متداول و افزایش آلودگی وجود دارد. تبدیل انرژی‌ای که در همه جا اتلاف می‌شود، به انرژی قابل استفاده، مانند الکتریسیته، روش جذابی برای تامین انرژی است. روش‌های گتسرده‌ای برای تولید انرژی تجدیدپذیر توسعه یافته‌اند که شامل استفاده از تابش خورشید، جابجایی مکانیکی، و انرژی گرمایی می‌شود. این تلاش‌ها منجر به توسعه فناوری‌های سلول خورشیدی، تولید برق ترموالکتریک، نانوژنراتورهای پیزوالکتریک/تریبوالکتریک، و سلول‌های گرادیان غلظت شوری، شده است.
در میان این روش‌های تولید انرژی، تولید برق از طریق آب اخیراً به عنوان یک روش مهم برای تولید الکتریسیته مورد توجه قرار گرفته است که دلیل آن، حضور آب در تمام نقاط و برهم‌کنش جذاب آن با مواد کربنی می‌باشد. در مقاله‌ای که در مجله معتبر Small به انتشار رسیده است، یک لایه گرافن اکساید خالص بدون انجام عملیات اضافی یا افزودن ماده‌ای دیگر، در تماس با بخار آب می‌تواند به صورت مستقیم توان الکتریکی تولید کند. فرایند تولید الکتریسیته از یونیزاسیون و جابجایی مستقیم یون‌های باردار هیدروژن در درون ساختار کاملا منظم گرافن اکساید، نشأت می‌گیرد. برای این کار یک روش کاملا ساده برای تولید انرژی پاک از طریق برهم‌کنش گرافن اکساید و مولکول‌های آب، به کار رفته است. برای ساخت این وسیله جذاب تولید انرژی الکتریکی پاک، یک لایه گرافن اکساید با قطر 1 سانتیمتر و ضخامت بین 100 نانومتر تا 100 میکرومتر، در یک محفظه باطری سکه‌ای سیلد (آب بندی) شده است و یک محفظه ورودی رطوبت بر روی آن قرار گرفته است. رطوبت هوا از قسمت بالا تامین می‌شود و تغییر رطوبت نسبتی 70% بوده است که از این طریق، پتانسیل الکتریکی 0.4 ولتی برای گرافن اکساید با ضخامت 90 میکرومتر حاصل شده است. در این فرایند دو مرحله رخ می‌دهد: 1- جذب سریع مولکول‌های آب و 2- واجذب نسبتا آرام بخار آب. این فرایند می‌تواند به صورت طولانی انجام شود و 100 چرخه بدون کاهش عملکرد ادامه می‌یابد. همچنین چگالی جریان الکتریکی این سیستم نوین 2 میکروآمپر در سانتیمتر مربع بوده است.
نواحی تماس بین لایه گرافن اکساید و محفظه باطری سکه‌ای، توسط طلا پوشانده شده بود تا از واکنش‌های شیمیایی بین آن‌ها جلوگیری کند. سایر مواد از جمله اکسید قلع دوپ شده با فلوئور و پارچه‌های کربنی نیز در این سیستم به عنوان الکترود به کار رفتند که از این طریق مشخص شد که جریان برق به واسطه تماس فلزات و گرافن اکساید تولید نمی‌شود، بلکه برهم‌کنش آب و گرافن اکسید این انرژی را تولید می‌کند. در ادامه، محققین چند سری از این سیستم را به یکدیگر متصل کرده‌اند و توانسته‌اند با اتصال سه واحد، پتانسیل را به 1 ولت برسانند. این دسته از پژوهش‌های بسیار چشمگیر می‌توانند وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش دهند و به عبارتی، در ترازوی توزان قدرت، کفۀ دارای فناوری‌های نوین، بر دارندگان منابع سوخت فسیلی غلبه خواهند کرد. توصیه می‌شود که در کارهای پژوهشی و انتخاب موضوع برای پایان نامه، حتما به موضوعات تولید انرژی پاک و اصلاح محیط زیست از طریق نانوفناوری، توجه داشته باشید.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
