نانوکامپوزیت گرافنی
کاربرد نانوکامپوزیت‌های پایه گرافنی با پلیمر

کامپوزیت‌های پایه گرافنی کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های الکترونیک، زیست پزشکی ایدز، غشاها، حسگرهای پوشیدنی منعطف و محرک‌ها دارند. کامپوزیت‌هایی که به صورت فیلم‌های پلیمری تهیه شده‌اند و حاوی گرافن‌های لایه ای بودند، اغلب در فتوولتائیک و غشاهای مقاوم به نیرو استفاده می‌شوند. کامپوزیت‌هایی که به روش اجتماع لایه به لایه تولید می‌شوند اغلب در باتری‌های لیتیمی، غشاها، آندها، ترانزیستورهایی که اثر زمینه ای دارند و ابرخازن‌ها به کار می‌رود. بزرگترین مشکلی که محصولات کامپوزیتی یا پلیمری با آن مواجه هستند، وجود بار ساکن بر روی سطح آن هاست. به عنوان مثال، کفپوش‌های اپوکسی از محبوبیت و استفاده بالایی برخوردارند، اما به دلیل تجمع بارهای ساکن روی سطح این کفپوش، ممکن است سبب ایجاد جرقه و آتش‌سوزی شوند.
به طرز مشابه، تولید الکتریسیته ساکن در پره‌های توربین‌های بادی، می‌تواند سبب آسیب رساندن به ژنراتورها و سیم کشی‌ها شود.
ایجاد بار ساکن، پدیده ساده ای است که هر روز با آن مواجهیم و در عین حال به سادگی از کنار آن می‌گذریم، اما در عین حال ممکن است پیامدهای جدی را به دنبال داشته باشد.
با این حال حل مشکل الکتریسیته ساکن به راحتی امکان‌پذیر است: افزودن نانوگرافن به کف پوش اپوکسی یا رزین‌های پلی استر به میزان ۰٫۵ تا ۱٫۵ درصد وزنی باعث ایجاد کامپوزیت‌ها و رزین‌هایی با خصوصیت آنتی استاتیک می‌شود.
از سوی دیگر، استفاده از کامپوزیت‌ها و پلیمرها به قدرت و ماندگاری آن‌ها نیز بستگی دارد. استفاده از نانوگرافن در پلیمرها سبب جلب توجه قابل ملاحظه ای در صنایع اتوموبیل، هوافضا و کشتی سازی و قایق سازی شده‌است.
افزودن فقط چند صدم درصد از این ماده به کامپوزیت‌ها و پلیمرها باعث تقویت استحکام از ۹۰ تا ۱۰۰ درصد می‌شود.
به لحاظ علمی می‌توان با افزودن مقادیری گرافن به پلیمرها، آن‌ها را هادی الکتریسته نمود. هم‌اکنون گرافن در پلی استایرن، پلی اتیلن، پلی پروپیلن و گستره وسیعی از محصولات الکتریکی نظیر پریز، سوکت، سوئیچ‌های مختلف، آلارم‌ها، قطع کننده‌های مدار و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به علاوه از پلیمرهای هادی شده به وسیلهٔ گرافن در ساخت لایه‌های محافظ کابل‌های الکتریسیته نیز استفاده می‌شود. نکته حائز اهمیت این است که گرافن را می‌توان در خطوط تولید مختلفی مورد استفاده قرار داد بدون اینکه نیاز باشد تغییری در فرایند تولید رخ دهد. در عین حال این کار منجر به دستیابی به رزین‌ها و پلیمرهای مختلفی می‌گردد که هم از حیث کیفیت و هم هزینه از مزایای قابل ملاحظه ای برخوردارند.
کاربردهای دیگر آن عبارت اند از:
بهبود رسانایی الکتریکی
افزایش مدول الاستیک و استحکام کششی
پایداری حرارتی و هدایت حرارتی بالا و کاهش نفوذپذیری
صنایع خودروسازی، هوافضا، کاربردهای الکترونیک و مدیریت انرژی
صنایع بسته‌بندی مواد غذایی، لوازم پزشکی و الکترونیک
به دلیل نفوذپذیری پایین نسبت به اکسیژن، نیتروژن، رطوبت و دی اکسیدکربن پیدا کرده‌اند در صنایع بسته‌بندی مواد غذایی، لوازم پزشکی و الکترونیک کاربرد دارد.
ذخیره‌سازی انرژی
پلیمرهای رسانای الکتریسیته
پوشش‌های آنتی استاتیک و حفاظ‌های الکترومغناطیسی
ساخت نمایشگرهای ویدیویی، صفحات لمسی
تقویت خواص پلیمر:
بهبود خواص مکان کیی ماتریس‌های پلیمری، استفاده از این مواد را در صنایع مرتبط با حمل و نقل میسر می‌سازد، ب هویژه در خودروهای پیشرفته، که مقاومت مکان کیی زیاد، وزن کم و خواص زیستی مناسب برای مصرف سوخت به صرفه مورد نیاز است.
تقویت‌های کاربردی:
رسانایی زیاد و نسبت طول به عرض ذاتی گرافن، دستیابی به آستانه تراوایی الکتر یکی را در کسر وزنی‌های کمتر در مقایسه با دوده و نانو لوله‌های کربنی چنددیواره ممکن ساخته‌است این رسانایی کاربرد نانوکامپوزیت‌های پلیمرهای رسانا را از حسگرها تا موادی با قابلیت تخلیه الکتروستاتکیی و مواد محافظ و مداخله گر امواج الکترومغناطیسی و الکترودها گسترش می‌دهد.
گوگردزدایی از نفت و بنزین
درمان سرطان
اخیراً گرافن و نانوکامپوزیت‌های آن به صورت گسترده در پزشکی برای تحویل دارو/ ژن، درمان سرطان، مهندسی بافت و زیست حسگرها بکار گرفته می‌شوند. گرافن و مشتقات آن (GO و rGO) مواد بسیاری عالی برای استفاده در پزشکی هستند. تا به امروز چندین نانوکامپوزیت پایه گرافنی ساخته شده و با موفقیت برای تشخیص و درمان سرطان بکار رفته‌اند. این کامپوزیت‌ها می‌توانند عموماً بر پایهٔ گروه‌های عملگر متصل شده طبقه‌بندی شوند که این طبقه‌بندی شامل پلیمرها (PEG, Tween 80، PVA و …)، مواد آلی (اسید فولیک)، نانو لوله‌های کربنی (SWCNTs)، زیست مواد (DNA, RNA، پلاسمید و …)، ساختارهای غیرآلی (فلزات و اکسید فلزات)، و هیبریدهای آلی – غیرآلی (کیتوسان، هیبرید مغناطیسی). گزارش شده‌است، این کامپوزیت‌ها در محدوده گسترده ای از کاربردهای سرطانی شامل: زیست حسگرهای تشخیص دهنده، تحویل ژن/ دارو، فوتوتراپی و تفکیک سلول بنیادی موفق بوده‌اند. در اینجا گرافن و مشتقات آن (GO) در کاربردهای نام برده شده داوطلب است، به دلیل داشتن طبیعت آبدوست و آبگریز به صورت همزمان که پایداری در سلول‌های زنده را فراهم می‌کند و به دلیل داشتن سطح ویژه بالا سیگنال دارو/ پروب محموله دریافتی را بزرگنمایی می‌کند. همه این عوامل عملکرد دارو و حس را بر گرافن افزایش داده‌است. در کاربردهای تشخیصی، زیست حسگرهای بر پایهٔ گرافن به دلیل تشخیص دقیق و حساس بسیار جذاب هستند و برای جلوگیری از پیشرفت تهاجمی سرطان در اولویت هستند. عکس بردار بودن و سمیّت کمتر از رنگ‌های فلوئورسنت معمولی، کامپوزیت‌های بر پایهٔ گرافن برای روش‌های مختلف عکسبرداری شامل عکس‌های نوری، سونوگرافی، (US), MRI و CT مناسب هستند. نشان داده شده‌است که کامپوزیت PEG-GO به شدت در محدوده نزدیک امواج رادیویی (NIR) فوتولومینسانس نشان می‌دهد که این پایهٔ پروب NIR برای روش تصویربرداری سرطان است. امروزه کامپوزیت‌های پایه گرافنی برای ساخت زیست حسگرها یک گزینه مفید و سودمند هستند. ظرفیت بالای بارگذاری (بالاتر از ۲۰۰٪)، حلالیت دارو، رهایش کنترل شده، زیست سازگاری و فرار از سیستم ایمنی بدن (RES) خصوصیات انتقال دهنده‌های هوشمند بر پایه گرافن است که ممکن است بهتر از دارو یا انتقال دهنده‌های معمولی باشند. عناصر فلزی نجیب دارای خواص نوری منحصربفردی هستند که به رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) آن‌ها مربوط است و خصوصیات تابشی و غیر تابشی آن‌ها را بهبود می‌دهد.
La و همکارانش پروتئین-۲ مورفوژن استخوانی را بر زیرلایه Ti پوشش دهی شده با لایه‌های با بار مثبت GO-NH3+ و بار منفی GO-COO- با بازده بالای بارگذاری و حفظ زیست فعالی، بارگذاری کردند. همچنین بررسی‌های پزشکی در موش شکل‌گیری قوی تر استخوان جدیدی را با کاشتنی‌های Ti-GO-BMP2 در مقایسه با کاشتنی‌های Ti یا Ti-GO یا Ti-BMP2 نشان داد که این باعث ساخت کامپوزیت جدید با انتقال دهندگی بسیار مؤثر برای درمان توسط تحویل دارو شد.
نانوکامپوزیت گرافن – طلا، در خصوص در حوزه سرطان، در بخش‌های آشکارسازی و تشخیص سرطان به وسیلهٔ زیست حسگرها و درمان آن توسط تحویل دارو، فوتوتراپی و ترکیبی از این دو کاربرد دارند. نانوذرات طلا تصویربرداری الکترومغناطیسی شامل فلوئورسنت و SERS را بهبود می‌دهند (عناصر فلزی نجیب دارای خواص نوری منحصربفردی هستند که به رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) آن‌ها مربوط است و خصوصیات تابشی و غیر تابشی آن‌ها را بهبود می‌دهد). آسانی ساخت، اصلاح و همچنین زیست سازگاری نانوذرات طلا همراه با پایداری در برابر اکسید شدن این ذرات، غلبه بر محدودیت‌ها و بالابردن قدرت تشخیص سرطان و درمان آن‌ها را بخش عملگر گرافن یا اکسیدگرافن نامیدند.
نانوکامپوزیت گرافن
کاربرد نانو کامپوزیت‌های پایه گرافنی