اختراع حاضر با عنوان: سنتز فوتو ترمال گرافن اكسايد كاهش يافته در محيط آبي با استفاده از ليزر پالسي Nd:YAG در زمينه شيمي، فيزيك، مهندسي مواد، الكترونيك و انرژي هاي نو ارائه شده است. گرافن با داشتن هدايت الكتريكي بالا، جذب مناسب تابش، انعطاف پذيري مكانيكي و مساحت سطح ويژه بالا كاربرد گسترده اي در سنسورها، ابرخازن ها، باتري ها و سلول هاي خورشيدي دارد. در حال حاضر روش هاي متنوعي براي توليد اين ماده ارزشمند وجود دارد كه هر كدام داراي معايبي مي باشند. لايه برداري مكانيكي براي توليد انبوه اين ماده مناسب نيست. روش هاي شيميايي گرافن نامطلوبي به لحاظ كيفيت (هدايت الكتريكي) به دست مي دهند. روش CVD نياز به تجهيزات پرهزينه اي دارد كه منجر به افزايش قيمت محصول نهايي مي شود. در اختراع حاضر گرافن با استفاده از امواج ليزر در يك محيط آبي و با استفاده از پيش ماده ي اكسيد گرافن تهيه شد. مزيت آن عدم استفاده از مواد احيا كننده ي شيميايي سمي، كنترل بهتر شرايط واكنش بدون نياز به دماهاي بالا است. محصول حاصل از اين روش عاري از ناخالصي هاي به جا مانده از مواد شيميايي واكنش نداده است. گرافن حاصل از كيفيت مطلوبي به لحاظ هدايت الكتريكي برخوردار است.

اختراع حاضر با عنوان معرفي اسيد فرميك به عنوان محيطي مناسب براي احياي اكسيد گرافن با ليزر سبز532 نانومتردر زمينه ي شيمي، فيزيك، مهندسي مواد، الكترونيك و اپتوالكترونيك مي باشد. در اين كار ابتدا اكسيد گرافن با استفاده از روش هامرز بهبود يافته سنتز شد. سپس اكسيد گرافن احيا شده با استفاده از امواج ليزر پالسي Nd:YAG با طول موج 532 نانومتر و در سه محيط آب، اتانول و اسيد فرميك تهيه شد. نتايج حاصل از اسپكتروسكوپي، پراش پرتو ايكس و هدايت سنجي نشان داد اسيد فرميك از توانايي بالايي براي احياي اكسيد گرافن تحت تابش ليزر و توليد اكسيد گرافن احيا شده بدون ايجاد محصولات جانبي، با راندمان بالا، در مدت زمان چند دقيقه، هدايت الكتريكي مناسب و كيفيت مطلوب برخوردار است. اكسيد گرافن احيا شده با هدايت الكتريكي مطلوب امروزه كاربرد وسيعي در تهيه ي سنسورها، ابرخازن ها، باتري ها و سلول هاي خورشيدي دارد. در چند سال اخير اين ماده در تهيه ي تجهيزات الكترونيكي و اپتوالكترونيكي و لايه نازك هاي شفاف و هادي الكتريسيته جهت كاربرد در سلول هاي خورشيدي، پنجره هاي هوشمند، صفحات لمسي هوشمند و ديودهاي نشر نور (LED) مورد استفاده قرار گرفته است.

اختراع مربوطه در زمينه ي شيمي، مهندسي مواد، محيط زيست و مباحث مرتبط با انرژي هاي نو است كه امروزه مورد توجه بسياري مي باشد. مصرف انرژي و توليد گازهاي گلخانه اي در چند دهه ي اخير به مرز بي سابقه اي رسيده است. منابع تجديد ناپذير مانند نفت، زغال سنگ و گاز طبيعي اثرات مخرب زيست محيطي بسياري داشته و با داشتن اثر گلخانه اي موجب گرم تر شدن كره ي زمين مي شوند. كاهش ذخاير منابع تجديد ناپذير در جهان باعث تشديد نگراني ها در استفاده از آنها شده است. توليد انرژي از طريق پديده ي فوتو ولتايي در سلول هاي خورشيدي مي تواند از ميزان وابستگي ما به سوخت هاي فسيلي در توليد الكتريسيته بكاهد. سلول هاي خورشيدي سيليكوني از ويفرهاي سيليكوني با خلوص بالا بهره مي برند و خالص سازي سيليكون كار بسيار پرهزينه و دشواري است. اين ويفرها قبل از آن كه در اين دستگاه ها مورد استفاده قرار گيرند به فرآيندهاي دمايي با هزينه ي بالا نياز دارند به گونه اي كه ممكن است هزينه ي توليد آنها تا چهار برابر نسبت به توليد انرژي از طريق سوخت هاي فسيلي افزايش يابد.دستگاه هاي فوتوولتايي آلي با استفاده از تركيبات نيمه هادي آلي در ساختار خود به هدف كاهش هزينه هاي توليد سلول هاي خورشيدي و آسان تر شدن تكنولوژي ساخت آن ها روي كار آمدند. اين دستگاه ها با هزينه ي توليد فوق العاده كم و امكان پوشش دهي در يك مساحت زياد براي مثال در سقف منازل آينده ي روشني را پيش چشم گشودند. مواد نيمه رساناي آلي بسيار ارزان تر از مواد نيمه رساناي معدني مانند سيلسيوم بوده و ضريب جذب نوري بالايي دارند كه اين ويژگي باعث مي شود لايه ي نانومتري نازكي از آن ها در ساختار سلول هاي خورشيدي استفاده شود. سلول هاي خورشيدي پليمري به دليل منعطف بودن پنل هاي حاصل از آن ها و وزن كم گزينه ي بسيار مناسبي براي مصارف خانگي و شخصي هستند و مي توان از آنها در سقف منازل، لباس ها و تلفن هاي همراه استفاده نمود. در اين طرح اختراعي با طراحي يك لايه ي فعال مناسب براي اين دستگاه ها با هدف افزايش دامنه ي جذب و كاهش باند گپ پليمر عملكرد و راندمان مناسبي در آن ها ايجاد شد. براي اين منظور نانو ذرات TiO2 و نانو كامپوزيت TiO2- نقره به ميزان %5 و 7% وزني TiO2 بر روي نقره به روش سل-ژل در يك محيط اسيدي و با استفاده از تيتانيوم تترا ايزو پروپوكسايد (TTIP) و نيترات نقره به عنوان منابع اصلي در تهيه ي نانو ذرات TiO2 و نقره سنتز شدند. نتايج حاصل از پراش پرتو ايكس (XRD) كه در شكل شماره ي 1 و 2 آورده شده است حاكي از تشكيل موفقيت آميز اين نانو ذرات و نانو كاموزيت است. نتايج حاصل از طيف سنجي بازتاب نفوذي (DRS) كه در شكل شماره ي 3 آورده شده است حاكي از بهبود باند گپ نانو ذرات TiO2 و بهبود خواص نوري و افزايش دامنه ي جذب اين نانو ذرات است. سپس براي اولين بار در ايران اين نانو ذرات در فاز پليمري پلي (3-هگزيل تيوفن) (P3HT) كه يكي از رايج ترين پليمرهاي هادي انتقال دهنده ي حفره و دهنده ي الكترون مي باشد پراكنده شدند. نتايج حاصل از اسپكترو فوتومتري (UV-Vis) حاكي از بهبود خواص جذبي محلول پليمري P3HT ، افزايش شدت و دامنه ي جذب و كاهش ميزان باند گپ پليمر با پراكنده شدن نانو ذرات TiO2 و به طور خاص تر نانو كامپوزيت TiO2 – نقره است. قابل ذكر است كه نانو كامپوزيت TiO2 – نقره سنتز شده نسبت به نانو ذرات TiO2 پاسخ هاي بهتري در كاهش مقدار باند گپ پليمر و افزايش دامنه ي جذب نشان دادند و سلول خورشيدي پليمري نهايي كه از اين تركيبات به عنوان لايه ي فعال بهره مي برد از عملكرد مناسب تر و راندمان بالاتري برخوردار مي باشد.