محققان دانشگاه منچستر، با همکاری آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا (NPL) و ۱۵ شریک بینالمللی، پروتکلی جدید برای ارزیابی کیفیت گرافن ارائه کردهاند که پایهای برای تدوین مشخصه فنی جدید ISO در این حوزه محسوب میشود. این پروتکل از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده میکند و هدف آن افزایش اطمینان صنعت از کیفیت و یکنواختی ورقههای گرافن است.
نتایج یک مطالعه بینآزمایشگاهی گسترده، که در آن نمونههای مشابهی از گرافن تولید شده به روش رسوبدهی بخار شیمیایی (CVD) توسط آزمایشگاههای مختلف اندازهگیری و تحلیل شدند، نشان داد که در نسبت شدت نقاط پراش اختلافهای قابل توجهی وجود دارد. بیشترین نوسان ناشی از دادههای SAED با کیفیت پایین بود که در اثر نحوه نادرست نگهداری نمونهها ایجاد شده بود. برای اطمینان از تعیین قابل اعتماد ضخامت تکلایه گرافن از الگوهای SAED، تیم تحقیقاتی دستورالعملهای بهترین شیوه برای نگهداری نمونه، عملکرد TEM، جمعآوری داده و تحلیل آن را ارائه کرد. نتایج این تحقیق مستقیماً در ISO/TS 21356-2 برای شناسایی ورقههای گرافن گنجانده شده است.
بر اساس این روش، تکلایه گرافن با اعتماد بالا از دو لایه یا ضخیمتر متمایز میشود؛ بهطوری که تحلیل یک الگوی SAED کافی است تا نسبت I{-2110}/I{1-100}<1.2 مشاهده شود، حتی بدون نیاز به تنظیم دقیق زاویه نمونه.
دکتر ویلیام تورنلی، که این تحقیق را در دوره دکترای خود دنبال کرده، گفت: «برای ورود گرافن و دیگر مواد دوبعدی به کاربردهای صنعتی، از خودروهای سبک تا تجهیزات ورزشی، نمایشگرها، حسگرها و الکترونیک، باید مطمئن باشید که با ماده درست کار میکنید. این مطالعه یک معیار جهانی ایجاد کرده که صنعت میتواند به آن اعتماد کند.»
دکتر ایوان تیلتسون افزود: «پراش الکترونی سالهاست برای تفکیک تکلایه از چندلایه گرافن استفاده میشود، اما اغلب بدون توجه کامل به عدم قطعیتها اعمال میشود. با همکاری ۱۵ آزمایشگاه پیشرو، شامل پیشگامان اصلی این فناوری، نقاط ضعف مشخص و روشهای بهدست آوردن نتایج قابل اعتماد را ترسیم کردهایم.»
پروفسور سارا هایگ، استاد مواد، توضیح داد: «این پروتکل بهگونهای طراحی شده که در آزمایشگاههای معمولی نیز کاربرد داشته باشد، نه فقط در مراکز تخصصی. برای سازمانهایی که به TEM دسترسی ندارند، امکان اندازهگیری تجاری از طریق همکاری با Royce Institute فراهم شده است.»
به گفته دکتر اندرو پولارد، دانشمند ارشد گروه فناوری سطح و رهبر استراتژی مواد پیشرفته در NPL، «این کار بر اساس راهنمای NPL با عنوان Good Practice Guide 145 درباره ساختار گرافن ساخته شده و یکی از پربازدیدترین راهنماهای این آزمایشگاه است.»
انتظار میرود ISO/TS 21356-2 در سال ۲۰۲۶ منتشر شود و نتایج این مطالعه بهطور مستقیم در آن مورد استفاده قرار گیرد، که نقطه عطفی در ایجاد اطمینان بینالمللی از کیفیت و یکنواختی ورقههای گرافن است.
