لامپ ادیسون به طور تصادفی گرافن تولید کرده است

دانشمندان می‌گویند لامپ ادیسون در سال ۱۸۷۹ ممکن است به طور تصادفی گرافن تولید کرده باشد. این یعنی این ماده معجزه‌آسا ممکن است دهه‌ها قبل از شناسایی رسمی آن تشکیل شده باشد.

به گزارش ایسنا، محققان در ایالات متحده شواهدی را کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد «توماس ادیسون» ممکن است بیش از یک قرن قبل از شناسایی رسمی گرافن(graphene)، هنگام توسعه اولین لامپ خود در سال ۱۸۷۹ به طور تصادفی آن را تولید کرده باشد.

این مطالعه به رهبری جیمز تور(James Tour)، استاد شیمی و علوم مواد و مهندسی نانو در دانشگاه رایس(Rice)، با هدف بازسازی آزمایش‌های اولیه لامپ ادیسون با استفاده از ابزارهای تحلیلی مدرن انجام شد.

محققان طرح لامپ رشته کربنی مخترع آمریکایی را تکرار کردند و شرایط الکتریکی مشابه با آنچه در قرن نوزدهم استفاده می‌شد را اعمال کردند. سپس آنها متوجه شدند که بخش‌هایی از رشته به گرافن توربواستراتیک (Turbostratic graphene) تبدیل می‌شود.

گرافن توربواستراتیک نوعی گرافن چند لایه است که به دلیل چرخش تصادفی و چیدمان ناهم‌تراز بین لایه‌ها شناخته می‌شود. این ماده برای تولید مقیاس‌پذیر و با حجم بالا، به ویژه در ذخیره‌سازی انرژی و تقویت کامپوزیت، بسیار ارزشمند است.

تور، نویسنده مسئول این مقاله خاطرنشان کرد: بازسازی کاری که توماس ادیسون انجام داد، با ابزار و دانشی که اکنون داریم، بسیار هیجان‌انگیز است.

بازسازی لامپ ادیسون

گرافن یک صفحه دو بعدی با ضخامت تک اتم از اتم‌های کربن است که در یک شبکه لانه زنبوری شش‌ضلعی قرار گرفته است. این ماده که نازک‌ترین و قوی‌ترین ماده جهان (حدود ۲۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد) محسوب می‌شود، همچنین در میان رساناترین مواد الکتریکی قرار دارد.

علاوه بر این، بسیار انعطاف‌پذیر، شفاف است و به عنوان یک مانع مؤثر در برابر گازها و مایعات عمل می‌کند. این ماده که به عنوان «ماده معجزه‌آسا» شناخته می‌شود، اولین بار در سال ۲۰۰۴ توسط آندره گیم(Andre Geim) و کنستانتین نووسلوف(Konstantin Novoselov) در دانشگاه منچستر انگلستان جداسازی شد.

گرافن از زمان کشف تاکنون به یک ماده حیاتی در الکترونیک و ذخیره‌سازی انرژی تبدیل شده است. امروزه یکی از روش‌های تولید گرافن توربواستراتیک به عنوان «گرمایش فلش ژول»( flash Joule heating) شناخته می‌شود.

در طول این فرآیند، یک جریان الکتریکی به سرعت مواد مبتنی بر کربن را تا دمای تقریبی ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند.

با این حال، در اواخر قرن نوزدهم، ادیسون به جای تنگستن مورد استفاده در لامپ‌های رشته‌ای مدرن، به رشته‌های مبتنی بر کربن متکی بود که اغلب از مواد طبیعی مانند بامبوی ژاپنی ساخته می‌شدند.

با عبور برق از این رشته‌ها، مقاومت الکتریکی باعث گرمایش سریعی شد که نور تولید می‌کرد. این تیم معتقد است که این شرایط به طور دقیق «گرمایش فلش ژول» مدرن را منعکس می‌کند و ممکن است برای تولید گرافن کافی بوده باشد.

کشف رشته کربنی

لوکاس ادی(Lucas Eddy)، فارغ‌التحصیل سابق دانشگاه رایس و اولین نویسنده این مقاله در تلاش برای یافتن ساده‌ترین تجهیزات برای تولید انبوه گرافن بود که به یاد آورد که لامپ‌های اولیه اغلب از رشته‌های مبتنی بر کربن استفاده می‌کردند.

وی گفت: من در حال توسعه روش‌هایی برای تولید انبوه گرافن با مواد در دسترس و مقرون به صرفه بودم. من همه چیز را از دستگاه‌های جوش قوسی که از هر چیزی که تا به حال ساخته بودم کارآمدتر بودند، تا درختان صاعقه‌زده که کاملاً بی‌نتیجه بودند، بررسی می‌کردم.

محققان برای آزمایش این فرضیه لامپ‌های به سبک ادیسون‌ساخت دست‌ساز را از یک فروشگاه هنری کوچک در شهر نیویورک تهیه کردند که با مشخصات ثبت اختراع اصلی سال ۱۸۷۹ مطابقت داشت.

سپس محققان لامپ‌ها را بر اساس تنظیمات اولیه به یک منبع تغذیه جریان مستقیم ۱۱۰ ولتی متصل کردند و تقریباً ۲۰ ثانیه آنها را روشن کردند. آنها خاطرنشان کردند که زمان قرار گرفتن در معرض نور طولانی‌تر می‌تواند منجر به تشکیل گرافیت شود.

دانشمندان پس از آزمایش‌ها از میکروسکوپ نوری استفاده کردند و دریافتند که سطح رشته از خاکستری تیره به ظاهری نقره‌ای و فلزی تغییر کرده است. سپس از طیف‌سنجی رامان، یک تکنیک تحلیلی مبتنی بر لیزر که مواد را با تجزیه و تحلیل امضاهای سطح اتمی آنها شناسایی می‌کند، استفاده کردند.

نتایج، وجود گرافن توربواستراتیک را در بخش‌هایی از رشته تأیید کرد. اگرچه هیچ راهی برای تعیین اینکه آیا گرافن در آزمایش‌های اولیه ادیسون باقی مانده است یا خیر، وجود ندارد، اما یافته‌ها نشان می‌دهد که ممکن است مدت‌ها قبل از کشف آن، به شکل اندک تشکیل شده باشد.

«تور» در یک بیانیه مطبوعاتی نتیجه گرفت: یافتن اینکه او می‌توانسته گرافن تولید کند، کنجکاوی را در مورد اینکه چه اطلاعات دیگری در آزمایش‌های تاریخی پنهان شده است، برمی‌انگیزد.

این مطالعه در مجله ACS Nano منتشر شده است.

تصاویر تازه از حملات ایران به پایگاه آمریکا در عربستان

بیشتر بخوانید:

ساخت الیاف حاوی گرافن برای تولید منسوجات الکترونیکی

گرافن جهان را تغییر می دهد

تماشاخانه

یوسف مجید‌زاده ؛ کاشف «خط شرق» و «حلقه گمشده تمدن بشریت» در ایران

پل ورسک ؛ یکی از عجیب‌ترین پل‌های جهان و شاهکار مهندسی ۹۰ ساله / آنچه درباره‌اش نمی‌دانید

فیلم های دیگر