المقدمة

الجرافين هو أقوى وأرق المواد وأكثرها توصيلاً للكهرباء بين باقي المواد التي تم اكتشافها على الإطلاق. إنها طبقة أحادية الذرة من الكربون وهي أقوى بــ 200 مرة من الفولاذ، وأنحف مادة معروفة يمكنها توصيل الكهرباء. إنها رقيقة جدًا لدرجة أنها تعتبر المرشح الأمثل لإنتاج مجموعة من المواد الفريدة التي يمكن أن تجعل العالم أفضل. هناك الكثير من الاستخدامات الرائعة للجرافين، كلٌ منها مفيد للغاية في أي مجال يخطر ببالك. لقد تم استخدام الجرافين لصناعة كل شيء تقريبًا بدءًا من فلاتر المياه فائقة القوة وحتى كابلات المط وحتى الدم الاصطناعي. ولكن ماذا عن الخرسانة؟ هل يمكن للجرافين أن يكون مفتاحًا لحل مشكلات الخرسانة؟ دعنا نكتشف ذلك في هذه المدونة.

ما هو الجرافين؟

يتكون الجرافين من طبقة واحدة من ذرات الكربون وتتميز ببنية بلورية سداسية، وهي واحدة من أقوى وأنحف المواد في العالم، مع مجموعة واسعة من الاستخدامات في العديد من المجالات. تم اكتشاف هذه المادة لأول مرة من قبل عالم الفيزياء أندريه غييم في عام 2003 وحصل على جائزة نوبل عام 2010 لاكتشافه. في السنوات الأخيرة، توسعت الاستعمالات المحتملة للجرافين، ومن المرجح أن يستمر نمو سوق الجرافين خلال السنوات القادمة، ويتم انتاج الجرافين من خلال طريقتين رئيسيتين كالتالي: الأولى، يمكن قطع الأنابيب النانوية الكربونية وفتحها لإنتاج الجرافين. على سبيل المثال؛ التضمين الجزئي للأنابيب النانوية في فيلم بوليمر، وبعد ذلك يتم حفرها بالبلازما لإنتاج شرائط نانوية. الطريقة الثانية تتضمن قطع الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران المفتوحة في محلول باستخدام برمنجنات البوتاسيوم وحمض الكبريتيك.

كابلات الجرافين

تعد كابلات الجرافين أقوى وأنحف المواد التي تم اكتشافها على الإطلاق، كما أنها تتسم بالمرونة التامة وخفة الوزن، فضلاً عن قدرتها على توصيل الكهرباء بفقد منخفض جدًا، ويمكن استخدامها ضمن مجموعة من الاستخدامات الصناعية، منها إنشاء خطوط الكهرباء أو الضغط العالي والطائرات والأقمار الصناعية الفضائية. يتم ترتيب ذرات الكربون في كابلات الجرافين في شبكة سداسية ثنائية الأبعاد، وهو السبب في جعلها قوية ورقيقة جدًا، ويمنح هذا الهيكل الفريد مادة الجرافين القدرة على تحمل درجات حرارة عالية جدًا (تصل إلى 2,500 درجة مئوية) كما تظل مرنة تحت الضغط المرتفع، لذلك تعتبر كابلات الجرافين من أفضل البدائل للنحاس والألمنيوم، التي تستخدم حاليًا في إنتاج كابلات الكهرباء.

دهان الجرافين

يعتبر دهان الجرافين نوعًا جديدًا يتميز بقدرته على توصيل الكهرباء، وقد تم استخدامه لإنشاء عدد من الاستخدامات الرائدة، بما في ذلك الخلايا الشمسية التي قد تغير الطريقة التي نقوم بها لإنتاج الكهرباء والدهانات التي يمكن أن تعالج نفسها من التلف. قد يكون طلاء الجرافين هو الشيء الذي يحول المواد القديمة إلى جديدة ومبتكرة، مثل الجسور والمباني القديمة. كما يعتبر دهان الجرافين منتجًا ثوريًا نظرًا لخصائصه الفريدة، على سبيل المثال، عند وضع الطلاء على سطح ما ثم يتم تطبيق تيار كهربائي، فإنه في الواقع يقوم بإصلاح أي ضرر تعرض له السطح. ومن المتوقع استخدام دهان الجرافين في تشييد الجسور والمباني، حيث يمكن استخدامه كغطاء فوق المواد الأصلية.

أسمنت الجرافين

أسمنت الجرافين هو نوع خاص من الخرسانة، وهو منتج واعد للغاية يمكن أن يغير الطريقة التي نبني بها بيوتنا والمباني الأخرى، وقد ثبت أن أسمنت الجرافين يتمتع بخصائص كهربائية وميكانيكية وحرارية أفضل من الخرسانة العادية، مما يجعله مثاليًا لبناء الجسور والمنشآت. ويتوقع استخدام أسمنت الجرافين بشكل أساسي في تشييد المباني الصناعية، مثل محطات الكهرباء والمطارات والمفاعلات النووية والسدود الكبيرة.

إنتاج الجرافين

مقارنةً بالمواد الأخرى، تعتبر عملية انتاج الجرافين أسهل وأرخص مقارنةً بالمواد الأخرى، ويتم انتاجه عبر ترسيب كيميائي للبخار، التقشير، التوليف الكهروكيميائي، وتعدين الجرافيت. ومن المرجح أن ينتشر سوق الجرافين بحلول عام 2023 بسبب زيادة الطلب عليه في صناعة المنتجات الجديدة والبناء والفضاء والسيارات وغيرها، لذا يتوقع أن تنمو هذه المادة عالميًا بمعدل سنوي مركب يقدر بحوالي 39% خلال فترة التنبؤ.

الخلاصة

تمتلك مادة الجرافين الكثير من الإمكانات ويتم استخدامها بعدة طرق لجعل حياتنا أفضل وأسهل. من المهم مواكبة أحدث الاتجاهات في العلوم والتكنولوجيا والاستعداد للاستفادة من الفرص عندما تأتي في طريقك.