يتكوّن الغرافين والغرافيت من الشيء نفسه: ذرات كربون مرتبة في نمط مسطح يشبه خلية النحل. الفرق في عدد الطبقات. الغرافيت ملايين من طبقات الكربون المتراصة، أما الغرافين فطبقة واحدة بسماكة ذرة واحدة. هذا الفرق يغيّر سلوك المادة وطريقة استخدامها.
ما هو الغرافيت؟
الغرافيت شكل شائع من الكربون، يُستخرج من المناجم أو يُصنع صناعيًا. ترتبط طبقاته الكربونية ببعضها بشكل ضعيف، فتنزلق فوق بعضها بسهولة. لذلك يُستخدم الغرافيت في أقلام الرصاص وكمادة تشحيم جافة، كما يُستخدم في أقطاب البطاريات السالبة والمواد المقاومة للحرارة وبطانات المكابح وصناعة الصلب.
ما هو الغرافين؟
الغرافين طبقة واحدة من تلك الطبقات وحدها: صفيحة من ذرات الكربون بسماكة ذرة واحدة. عزله لأول مرة عام 2004 أندريه غيم وكونستانتين نوفوسيلوف في جامعة مانشستر، ونالا عن ذلك جائزة نوبل في الفيزياء عام 2010. كصفيحة مفردة، الغرافين قوي جدًا بالنسبة لوزنه، ويوصل الحرارة والكهرباء جيدًا جدًا، وله مساحة سطح كبيرة جدًا بالنسبة لكتلته.
الغرافين مقابل الغرافيت باختصار
| الغرافيت | الغرافين | |
|---|---|---|
| البنية | طبقات كربون متراصة كثيرة | طبقة كربون واحدة (أو بضع طبقات في صفائح الغرافين النانوية) |
| السماكة | مادة كتلية | بسماكة ذرة واحدة |
| المصدر | مستخرج من المناجم أو صناعي | يُصنع من الغرافيت أو مصادر كربون أخرى بالتقشير أو الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) أو عمليات أخرى |
| الاستخدامات المعتادة | أقلام الرصاص، ومواد التشحيم الجافة، وأقطاب البطاريات، والمواد المقاومة للحرارة | إضافات للخرسانة ومواد التشحيم والطلاءات والمواد المركّبة وسوائل التبريد؛ وأبحاث في الإلكترونيات والطاقة |
| كيف يُضاف إلى المنتجات | عادةً على شكل مسحوق | الأفضل على شكل مشتت موزع بشكل متجانس في مادة حاملة سائلة |
كيف يُصنع الغرافين من الغرافيت
من الطرق الشائعة التقشير: فصل الغرافيت إلى طبقات رقيقة جدًا. ومن الطرق الأخرى إنماء أغشية الغرافين بالترسيب الكيميائي للبخار، وتحضير أكسيد الغرافين كيميائيًا ثم اختزاله. تنتج كل طريقة مادة مختلفة، من أغشية أحادية الطبقة إلى صفائح نانوية قليلة الطبقات، لذا قد تعني كلمة «غرافين» على الملصق أشياء مختلفة. اسأل المورّد عن الشكل الذي ستحصل عليه وكيف جرى التحقق منه.
لماذا يصعب استخدام الغرافين أكثر من الغرافيت
تميل صفائح الغرافين إلى الالتصاق ببعضها مجددًا، وإذا تكتلت ضاع معظم الفائدة. لذلك نورّد الغرافين مشتتًا مسبقًا في المادة الحاملة التي يستخدمها المنتج، مثل الماء أو المذيبات أو الراتنجات أو الزيوت، بدلًا من مسحوق جاف. اقرأ المزيد في كيف تُستخدم إضافات الغرافين في التصنيع، أو اطّلع على مشتتات الغرافين.
ما يقدّمه الغرافين في منتجات حقيقية
- الخرسانة: حققت إضافة الغرافين للخرسانة لدينا زيادة 67٪ في مقاومة الضغط بجرعة نحو 1٪ في الاختبارات.
- مواد التشحيم: حققت إضافة الغرافين لمواد التشحيم حققت تآكلًا أقل بنسبة تصل إلى 42٪ وزيادة 26٪ في حمل اللحام في اختبارات مستقلة بمختبر Univar في هيوستن.
- العناية بالسيارات: طوّرنا 4 منتجات للعناية بالسيارات بالغرافين مع ITW لعلامتي Black Magic وRain-X.
- التبريد: سوائل التبريد بالغرافين ThermaGraph™ أظهرت معامل انتقال حرارة بالحمل أعلى بنسبة +6٪ إلى +18٪ من مرجع الغليكول في اختبارات داخلية بدائرة مضخوخة.
الأسئلة الشائعة
هل الغرافين مجرد غرافيت رقيق جدًا؟
بمعنى ما، نعم. الغرافيت طبقات كربون كثيرة متراصة، والغرافين طبقة واحدة منها وحدها. وفصل الطبقات يغيّر سلوك المادة.
هل الغرافين أقوى من الغرافيت؟
كصفيحة مفردة، الغرافين قوي جدًا بالنسبة لوزنه. أما الغرافيت فلين لأن طبقاته تنزلق فوق بعضها بسهولة، ولهذا يُستخدم في أقلام الرصاص ومواد التشحيم الجافة.
هل يمكنني شراء الغرافين في الولايات المتحدة؟
نعم. تصنع Graphene Integrations الغرافين في شارلوت، كارولاينا الشمالية، وتورّده مشتتًا مسبقًا في المادة الحاملة التي تحتاجها. اطّلع على منتجات الغرافين أو اطلب عرض سعر.
