مثال
خصوصیات

اثر کاتالیستی بهتر، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر
کاتالیستی

افزایش هدایت الکتریکی در سرامیک ها
و نانو کامپوزیت های مغناطیسی،
افزایش مقاومت الکتریکی در فلزات
الکتریکی

افزایش مغناطیسیته با اندازه بحرانی دانه ها،
رفتار سوپر پارامغناطیسیته ذرات
مغناطیسی

خصوصیات فلوئورسنتی، افزایش اثر کوانتومی
کریستال های نیمه هادی
نوری

افزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیکی
(غشاء و سد مغز خون و غیره)
و بهبود زیست سازگاری
بیولوژیکی

۱-۴ پیشینه فناوری نانو:
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌ خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه کاربرد.

با تحقیقات و آزمایش‌های بسیار، دانشمندان تاکنون ۱۰۸ نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‌اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم‌ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک‌ها و لپتون‌ها تشکیل شده‌اند. با این حال این کشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.
در سال۱۹۵۹ ریچارد فاینمن مقاله‌ای را درباره قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.
عنوان سخنرانی وی « فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد » بود.
سخنرانی او شامل این مطلب بود که می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد.یعنی ابعاد آن به اندازه۲۵۰۰۰/۱ابعاد واقعیش کوچک می شود. او همچنین از دوتایی‌کردن اتم‌ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می‌داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد.
۱-۵ تاریخچه گرافن:
اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال ۱۹۸۶ معرفی شد که از ترکیب کلمه ی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای اشاره دارد ایجاد شد. این نام برای توصیف یک تک لایه از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت مورد استفاده قرار گرفت .
هر چند که این مفهوم به طور تئوری نخستین بار در سال ۱۹۴۷ توسط فیلیپ والاس به عنوان یک نقطه شروع برای درک خواص الکترونیکی گرافیت سه بعدی مطرح شد. پس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفت اما قضیه‌ای به نام قضیه ی مرمین-واگنر در مکانیک آماری و نظریه ی میدان‌های کوانتومی (بر اساس علم فیزیک) وجود داشت (۸) (۹)که ساخت یک ماده ی دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار و صرفا یک ماده نظری می‌دانست.در سال ۲۰۰۴، یک گروه از فیزیکدانان از دانشگاه منچستر بریتانیا به رهبری آندره جیم و کنستانتین نووسلف تغییری در مورد فرضیه ی بی ثباتی گرافن ایجاد کردند و نشان دادند که قضیه ی مرمین-واگنرنمی‌تواندکاملا درست باشد. (۱۰)(۱۱)(۱۲)آنها یک روش متفاوت و در نگاه اول ساده لوحانه برای بدست آوردن گرافن ارائه دادند که منجر به تحولی عظیم در این رشته شدند .آنها با بهره گرفتن از چسب نواری یک تک ورقه ی گرافن (یک مونو لایه از اتمهای کربن) را از گرافیت با روش ورقه ورقه شدن میکرومکانیکی جدا کردند،نوار پیوسته استفاده شد تا گرافیت را به تکه های نازک تری جدا کند. سپس نوار با تکه های گرافیت مجزا در استون حل شد و بعد از چند فرایند، تکه های شامل تک لایه روی یک قرص سلیکونی رسوب داده شد. گفتنی است که جهت کنترل مراحل مذکور از یک میکروسکوپ نوری استفاده شده است. این روش به نوار اسکاچ معروف گشته است.. روش مذکور برای جامعه فیزیک یک شگفتی بود و به همین علت جیم و نووسلوف و همکارانشان از دانشگاه منچستر جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۰ را از آن خود نمودند.(۱۳)(۱۴)(۱۵)
۱-۶ ساختار گرافن:
ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺣﻠﻘﻪ ﺷﺶ ﺿﻠﻌﻲ ﻣﻨﻈﻢ اﺳﺖ ﻛﻪ در راس ﻫﺮ ﺿﻠﻊ آن ﻳﻚ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ و در رﺋﻮس ﺷﺶ ﺿﻠﻌﻲ ﻋﻼوه ﺑﺮ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻳﻚ اﺗﻢ ﻫﻴﺪروژن ﻧﻴﺰ وﺟﻮد دارد. در ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن ﻫﺮ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻋﻼوه ﺑﺮ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻗﻮی σ ﺑﺎ اﺗﻢ ﻫﺎی ﻛﺮﺑﻦ ﻣﺠﺎور ﻳﻚ ﭘﻴﻮﻧﺪ π نیز برقرار می کند. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ ﻛﻪ ﭘﻴﻮﻧﺪ دو ﮔﺎﻧﻪ ﻛﺮﺑﻦ - ﻛﺮﺑﻦ دارای ﻃﻮل ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎ nm 137/0 ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ و ﻗﻮی ﺗﺮ از ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻛﺮﺑﻦ ﻳﻚ ﮔﺎﻧﻪ ﺑﺎﻃﻮل ﭘﻴﻮﻧﺪ nm 147/0 می باشد،اﻧﺘﻈﺎر دارﻳﻢ که در ﺣﻠﻘﻪ ﺑﻨﺰﻧﻲ ﻃﻮل ﭘﻴﻮﻧﺪهای دو گانه کوتاه تر از ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎی ﻳﻚ ﮔﺎﻧﻪ ﺑﺎﺷﺪ در ﺻﻮرﺗﻴﻜﻪ اﻳﻦ گونه نیست و ﻃﻮل ﺗﻤﺎم ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎی ﻛﺮﺑﻦ-ﻛﺮﺑﻦ ﺑﺎ ﻫﻢ ﻣﺴﺎوی و ﺑﺮاﺑﺮ nm 142/0ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ دﻟﻴﻞ اﻳﻦ اﻣﺮ را اوﻟﻴﻦ ﺑﺎر در ﺳﺎل ۱۹۳۱ ﻟﻴﻨﻮس ﭘﺎوﻟﻴﻨﮓ در ﭼﺎرﭼﻮب ﻧﻈﺮﻳﻪ ﻣﻜﺎﻧﻴﻚ ﻛﻮاﻧﺘﻮﻣﻲ ﺑﻪاﻳﻨﺼﻮرت ﺑﻴﺎن ﻛﺮد :ﭼﻮن ﺣﺎﻟﺖ ﭘﺎﻳﻪ ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺑﺮ ﻫﻢ ﻧﻬﻲ دو ﺣﺎﻟﺖ دﺳﺘﺮس ﭘﺬﻳﺮ ﻛﻪ اﻳﺰوﻣﺮ ﻫﻤﺪﻳﮕﺮ ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ، در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺖ در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎی ﻛﺮﺑﻦ - ﻛﺮﺑﻦ در ﻣﻮﻟﻜﻮل ﺑﻨﺰن را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﻮﺛﺮ ﻳﻚ و ﻧﻴﻢ ﮔﺎﻧﻪ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺖ. ﺑﻪ اﻳﻦ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺣﻠﻘﻪ ﺑﻨﺰن را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻋﺎﻣﻞ اﺻﻠﻲ ﺳﺎزﻧﺪه ﺻﻔﺤﺎت ﮔﺮاﻓﻦ ﻧﺎم ﺑﺮد .ﻛﻪ در آن اﺗﻢ ﻫﺎی ﻫﻴﺪروژن ﺑﺎ اﺗﻢ ﻫﺎی ﻛﺮﺑﻦ ﺣﻠﻘﻪ ﻫﺎی ﺑﻨﺰﻧﻲ ﻣﺠﺎور ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ ﺷﺪه اﺳﺖ .ﮔﺮاﻓﻴﺖ ﻳﻚ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻻﻳﻪ ﻻﻳﻪ اﺳﺖ و ﻫﺮ ﻻﻳﻪ آن از ﺷﺶ ﮔﻮش ﻫﺎﻳﻲ از اﺗﻢ ﻫﺎی ﻛﺮﺑﻦ ﻛﻪ ﺑﺎ ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎی ﻫﻴﺒﺮﻳﺪی sp² ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﺷﺪه اﻧﺪ ﺳﺎﺧﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ .اﻳﻦ ﻻﻳﻪ ﻫﺎ ﺑﺎ ﻧﻴﺮوﻫﺎی ضعیف واندروالس به هم متصل اند در کل ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﺮﺷﻲ ﺗﻚ ﻻﻳﻪ از ﮔﺮاﻓﻴﺖ ﺑﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻳﻚ اﺗﻢ اﺳﺖ ﻛﻪ اﺗﻢ ﻫﺎی ﻛﺮﺑﻦ روی ﻳﻚ ﺷﺒﻜﻪ ﻻﻧﻪ زﻧﺒﻮری ﺷﻜﻞ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ ﺑﻄﻮرﻳﻜﻪ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ۴ ظرفیتی ﺑﺎ ۳ اﺗﻢ ﻛﺮﺑﻦ ﻣﺠﺎور ﺗﻮﺳﻂ ارﺑﻴﺘﺎل ﻫﺎی ﻫﻴﺒﺮﻳﺪی SP² ،پیوند های بسیار محکم σ ﺗﺸﻜﻴﻞ داده ﻛﻪ ﻓﺎﺻﻠﻪ ﺑﻴﻦ آﻧﻬا ﻳﻚ ۴۲٫۱ Å است و یک الکترون باقیمانده (اربیتال های غیر هیبریدی ۲P_Z با جهت گیری عمود بر صفحه گرافن)تشکیل پیوند ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﺿﻌﻴﻒ π ﻋﻤﻮد ﺑﺮ ﺻﻔﺤﻪ ﻣﻲ دﻫﺪ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ ﻛﻪ ﻫﺮ ارﺑﻴﺘﺎل ۲P_Z ﺗﻨﻬﺎ ﻳﻚ اﻟﻜﺘﺮون دارد نوار π ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻧﻴﻤﻪ ﭘﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد. ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎی ﻗﻮی σ درون ﺻﻔﺤﻪ ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه ﺗﺨﺖ نبودن ﺻﻔﺤﻪ ﮔﺮاﻓﻦ و وﺟﻮد ﭼﻴﻦ ﺧﻮردﮔﻲ در ﺳﻄﺢ ﮔﺮاﻓﻦ ﺳﺒﺐ ﭘﺎﻳﺪاری ﺳﺎﺧﺘﺎر دو ﺑﻌﺪی ﺷﺪه است.در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه‏های عاملی و همچنین اتم‏های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏های کربن در صفحه کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد.(۱۶)

شکل ۱-۱۰:ﺳﺎﺧﺘﺎر ﺷﺒﻜﻪ ﮔﺮاﻓﻦ ﻣﺘﺸﻜﻞ از دو زﻳﺮ ﺷﺒﻜﻪ A, B ﻛﻪ ﺑﻪ ﺗﺮ ﺗﻴﺐ ﺑﺎ داﻳﺮه ﻫﺎی ﻣﺸﻜﻲ و ﺧﺎﻛﺴﺘﺮی ﻧﺸﺎن داده اند بردارهای a1, a2 پایه ی شبکه ی حقیقی و R1,R2,R3 ﺑﺮدارﻫﺎﻳﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ ﻫﺮ اﺗﻢ را ﺑﻪ ﻧﺰدﻳﻚ ﺗﺮﻳﻦ ﻫﻤﺴﺎﻳﻪ ﻫﺎﻳﺶ ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ
۱-۷ شناسایی اکسید گرافن:
ﺷﻜﻞ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎی ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮﭘﻲ ﻧﻮری و ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ اﻟﻜﺘﺮوﻧﻲ ﭘﻮیشی ،ﺗﻮﭘﻮﮔﺮاﻓﻲ و اﻧﺪاره ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻻﻳﻪ ﻫﺎی ﮔﺮاﻓﻦ توسط ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ ﻧﻮری اتمی گروه های عاملی گرافن توسط ﻃﻴﻒ ﺳﻨﺠﻲ زﻳﺮ ﻗﺮﻣﺰ (FT-IR)،شکل و اندازه ی صفحات گرافن ﻧﻴﺰ ﺗﻮﺳﻂ ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ اﻟﻜﺘﺮوﻧﻲ ﻋﺒﻮری و اندازه گیری های ﻃﻴﻒ ﺳﻨﺠﻲ ﻓﻠﻮرﺳﺎﻧﺲ ﺻﻮرت ﻣﻲ ﭘﺬﻳﺮد.
ﻃﻴﻒ ﺟﺬﺑﻲ آن ﻧﻴﺰ ﺗﻮﺳﻂ ﻃﻴﻒ ﺳﻨﺠﻲ ﻓﺮاﺑﻨﻔﺶ_ﻣﺮئی (UV-vis) ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد.
۱-۸ ساخت گرافن:
ﺻﻔﺤﻪ ﻫﺎی ﮔﺮاﻓﻨﻲ برای نخستین بار در سال ۲۰۰۴ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺗﺠﺮﺑﻲ از ﮔﺮاﻓﻴﺖ ﺟﺪا ﺷﺪﻧﺪ .ﭘﺎﻳﺪاری ﺳﺎﺧﺘﺎر دو ﺑﻌﺪی ﮔﺮاﻓﻦ ﺑﻪ دﻟﻴﻞ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻫﺎی ﻗﻮی ﻛﻮواﻻﻧﺴﻲ داﺧﻞ ﺻﻔﺤﻪ وﺟﻮد ﻣﻮج ﻫﺎ وﭼﻴﻦ وﭼﺮوک ﻫﺎ ﺑﺮ آورده ﻣﻲ ﺷﻮد .ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ اﺗﻔﺎق در راه ﺳﺎﺧﺖ ﮔﺮاﻓﻦ زﻣﺎﻧﻲ ﺑﻮﺟﻮد آﻣﺪ ﻛﻪ ﻣﺸﺨﺺ ﺷﺪ ﺷﺪ ﮔﺮاﻓﻦ در زﻳﺮ ﻣﻴﻜﺮوﺳﻜﻮپ ﻧﻮری وﻗﺘﻲ ﻛﻪ ﺑﺮ روی ﻳﻚ ﻻﻳﻪ SiO₂ ﻗﺮار ﺑﮕﻴﺮد ﻗﺎﺑﻞ دﻳﺪن اﺳﺖ ﺑﻪ ﺷﺮﻃﻲ ﻛﻪ ﻧﺎزﻛﻲ ﻻﻳﻪ ی SiO₂ ﺑﺎ دﻗﺖ اﻧﺘﺨﺎب ﺷﻮد ﺣﺘﻲ اﮔﺮ روش اﻧﺠﺎم ﻛﺎر را ﺑﻪ درﺳﺘﻲ و ﺑﺎ ﺟﺰﺋﻴﺎت ﺑﺪاﻧﻴﻢ، ﺑﺎز ﻫﻢ ﺑﻪ دﻗﺖ آزﻣﺎﻳﺸﮕﺎﻫﻲ و ﭘﺸﺘﻜﺎر زﻳﺎدی ﺑﺮای ﻣﺸﺎﻫﺪه ﮔﺮاﻓﻦ ﻧﻴﺎز دارﻳﻢ ﺑﺮای ﻧﻤﻮﻧﻪ ۵% تفاوت در نازکی لایه ی SiO₂ ( ۳۱۵ nm به جای ۳۰۰nm ) می تواند لایه ی گرافن را کاملا نامحسوس کند. (۱۷)(۱۸)(۱۹)
روش های ﻣﺨﺘﻠﻔﻰ ﺑﺮاى ﺗﻮﻟﯿﺪ ﮔﺮاﻓﻦ و ﻣﺸﺘﻘﺎت ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﻰ آن از ﮔﺮاﻓﯿﺖ و ﻣﺸﺘﻘﺎﺗﺶ وﺟﻮد دارد ﮐﻪ ﻫﺮ ﯾﮏ ﻣﺰاﯾﺎ و ﻣﻌﺎﯾﺒﻰ دارﻧﺪ.