ما هو الجرافيت الغروي؟

في مجال علم المواد، يبرز الجرافيت الغرواني بخصائصه الفريدة وتطبيقاته الواسعة. وقد أصبح محور البحث العلمي والهندسة. وهو يختلف عن الجرافيت التقليدي والمواد الأخرى من الجزئي إلى الكلي، ولا غنى عنه في الصناعة الحديثة ومجالات التكنولوجيا الفائقة. ويساعد الفهم العميق له على الاستفادة من المواد، ويمكن أن يوفر أيضًا مصدر إلهام لبحوث المواد الجديدة وتطويرها.

التعريف الأساسي للجرافيت الغرواني وتكوينه

الجرافيت الغروي هو في الأساس نظام غرواني غرافيتي عالي التشتت يتكون من جزيئات غرافيت مشتتة بشكل موحد في وسط تشتت محدد. الجرافيت هو مرحلة مشتتة، ووسط التشتت هو الماء والمذيبات العضوية، إلخ.

وباعتباره أحد متآصلات الكربون، فإن الجرافيت له بنية طبقية؛ حيث تشكل ذرات الكربون في الطبقة شبكة مستوية سداسية الشكل ذات روابط تساهمية. وتتأثر طبقاته بقوى فان دير فال الضعيفة. وهذا يعطي الجرافيت خصائص فريدة من نوعها ويضع الأساس لأداء الجرافيت الغروي. في الجرافيت الغرواني، يكون حجم جسيمات الجرافيت في فئة الغرويات من 1-1000 نانومتر. بعد معالجة خاصة وعملية تشتيت، يشكل المعلق المستقر محلولاً أو معلقاً موحداً ومستقراً. ويجمع هذا بين خصائص الجرافيت والخصائص الخاصة للغرويات، مما يوفر إمكانية للعديد من مجالات التطبيق.

الخصائص الفريدة للجرافيت الغروي

التوصيل الكهربائي

يحتوي الجرافيت على بنية طبقية وروابط تساهمية بين ذرات الكربون تجعل كل طبقة تحتوي على إلكترونات تكافؤ حرة الحركة. وهذا مشابه لغاز الإلكترونات الحرة المعدنية مما يمنحه توصيلية كهربائية جيدة. بعد الغروانية، حتى لو كانت الجسيمات مشتتة، تظل الإلكترونات الحرة قادرة على نقل الشحنة بين الجسيمات وأيونات الوسط المشتت. وهذا يسمح للجرافيت الغرواني بالحفاظ على توصيلية كهربائية ممتازة ككل. ويمكنك استخدامه على نطاق واسع في تصنيع الطلاءات الموصلة والمواد الكهربائية والمجالات الإلكترونية الأخرى.

التشحيم

نظرًا للتركيب الطبقي للجرافيت، تكون قوة فان دير فال بين الطبقات ضعيفة. يسهل انزلاق كل طبقة نسبيًا، وهي مشحمة بشكل طبيعي، ويحتفظ الجرافيت الغرواني أيضًا بهذه الخاصية. عند تطبيقه على سطح الاحتكاك، تشكل جزيئات الجرافيت طبقة تزييت، مما يقلل من معامل الاحتكاك والتآكل. ويمكن توزيعه عالي التشتت بالتساوي على الأسطح المعقدة، مما يوفر تزييتًا شاملاً ودائمًا. وله مزايا كبيرة في الظروف الميكانيكية الخاصة مثل ارتفاع درجة الحرارة والحمل العالي.

الاستقرار الحراري

الجرافيت مادة مقاومة لدرجات الحرارة العالية. حتى في درجات حرارة تصل إلى آلاف الدرجات المئوية، تظل البنية البلورية مستقرة نسبيًا. بعد تحويله إلى جرافيت غرواني، يمكن أن يحافظ على أداء مستقر طالما أن وسيط التشتت يمكنه تحمل درجة الحرارة المقابلة. لذا يمكنك استخدامه في سيناريوهات ذات متطلبات ثبات حراري عالية. مثل ختم الأفران ذات درجة الحرارة العالية وتبديد حرارة المعدات ذات درجة الحرارة العالية.

ثبات التشتت

وبمساعدة عملية التشتت الخاصة والمشتتات المناسبة، يمكن تشتيت جزيئات الجرافيت بشكل موحد وثابت في وسط التشتت. ولا يمكنها التكتل والترسيب لفترة طويلة، مما يضمن اتساق أداء الجرافيت الغرواني عند تخزينه واستخدامه. وهي ملائمة للطلاء والرش وعمليات المعالجة الأخرى، ويمكن ربطها بشكل موحد بأسطح المصفوفة المختلفة. لتشكيل طلاء أو فيلم بأداء موحد وتلبية احتياجات توحيد المواد في سيناريوهات مختلفة.

كيف تصنع الجرافيت الغرواني؟

طريقة الطحن الميكانيكي

هذه عملية شائعة لتحضير الجرافيت الغرواني. من خلال مطحنة الكرة ومطحنة الرمل وغيرها من المعدات، وطحن المواد الخام الجرافيت لفترة طويلة، وسحق الجسيمات الكبيرة تدريجياً إلى نطاق حجم الغروانية. أثناء الطحن، يمكن أن تؤدي إضافة كمية مناسبة من المشتتات ومساعدات الطحن إلى منع جزيئات الجرافيت من التوحد وتحسين كفاءة الطحن. معداتها بسيطة، والتكلفة ليست عالية، لذلك فهي مناسبة للإنتاج على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن عملية الطحن سهلة لخلط الشوائب، مما يؤثر على نقاء وأداء الجرافيت الغرواني. كما أنه من الصعب التحكم بدقة في توزيع حجم جزيئات الجرافيت من حيث الحجم، مما يؤدي إلى تفاوت جودة المنتج.

طريقة التشتت بالموجات فوق الصوتية

يستخدم هذا لتفريق جسيمات الجرافيت عن طريق التجويف بالموجات فوق الصوتية. عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في وسط التشتيت، فإنها تولد مناطق ضغط مرتفع ومناطق ضغط منخفض لتكوين فقاعات تجويف. تنهار الفقاعات بسرعة تحت ضغط مرتفع، مما يخلق موجات صدمية ونفاثات دقيقة. ويمارس هذا قوة قص قوية على جزيئات الجرافيت، مما يؤدي إلى تفتيتها وتشتيتها بالتساوي. ويمكن لهذه الطريقة أن تحقق تشتتًا عالي الكفاءة في وقت قصير والحصول على جرافيت غرواني بتوزيع ضيق لحجم الجسيمات. ومع ذلك، فإن تكلفة المعدات عالية، والإنتاج منخفض، وهناك بعض القيود في الإنتاج الضخم.

طريقة التقشير الكيميائي

تعمل هذه الطريقة على تدمير أو إضعاف الرابطة الكيميائية بين طبقات الجرافيت عن طريق التفاعل الكيميائي. بحيث يتم تجريد هيكل طبقات الجرافيت لتشكيل صفيحة جرافين أحادية أو متعددة الطبقات. ثم يتم تشتيتها إلى جرافيت غرواني في وسط التشتت. الطريقة الشائعة هي REDOX. أولًا أكسدة الجرافيت بعامل مؤكسد قوي، وإدخال مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين لزيادة تباعد الطبقات. ثم إزالة المجموعات الوظيفية عن طريق تفاعل الاختزال للحصول على الجرافين. يمكن لهذه الطريقة أن تتحكم بدقة في عدد طبقات الجرافيت وحجمها، كما أن الجرافيت الغرواني المحضّر ذو جودة عالية وأداء ممتاز. ومع ذلك، فإن العملية معقدة، والكواشف الكيميائية تنطوي على خطر التلوث البيئي، وتكلفة الإنتاج مرتفعة.

مجالات استخدام الجرافيت الغروي

المجال الإلكتروني

يمكنك استخدام الجرافيت الغرواني على نطاق واسع في المجال الإلكتروني بسبب توصيله الكهربائي الممتاز وقابليته للتشغيل الآلي. على سبيل المثال، يمكن استخدامه لتصنيع الحبر الموصل. من خلال تقنية الطباعة على الركيزة لإنتاج دوائر وأقطاب كهربائية ومكونات أخرى، ويتم تطبيقه على الأجهزة الإلكترونية المرنة وغيرها من المنتجات. يمكنك أيضًا استخدامه كمادة مضافة للتغليف الإلكتروني لتحسين التوصيل الكهربائي وتبديد الحرارة. ويضمن أيضًا التشغيل المستقر للمعدات الإلكترونية.

مجال الهندسة الميكانيكية

في مجال الهندسة الميكانيكية، يمكنك استخدامه كمادة تشحيم ومواد طلاء مقاومة للتآكل. بالنسبة لأجزاء احتكاك المعدات، يمكنها تقليل الاحتكاك وتقليل التآكل وتحسين الكفاءة والعمر الافتراضي. يمكن أن يؤدي طلاءه على سطح الأجزاء إلى تشكيل طلاء مقاوم للتآكل، مما يعزز الصلابة ومقاومة التآكل. مناسب بشكل خاص لدرجات الحرارة العالية والفراغ العالي والبيئة الميكانيكية الخاصة الأخرى.

مجال الطاقة

وفي مجال الطاقة، يلعب دورًا رئيسيًا في البطاريات والخلايا الشمسية. وباعتباره مادة قطب كهربائي سالب في بطاريات أيونات الليثيوم، فإنه يساعد على نشاط أيونات الليثيوم ويحسن من الشحن والتفريغ وعمر الدورة. يمكنك استخدامه لإعداد أقطاب كهربائية موصلة شفافة في الخلايا الشمسية لتحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي. ويمكنك أيضًا استخدامه في المكثفات الفائقة، مما يحسن أداء تخزين الطاقة.

مجالات أخرى

في مجال الطيران، وبسبب ثباته الحراري الجيد وتزييته الحرارية، يمكنك استخدامه لتزييت مكونات المحرك ذات درجة الحرارة العالية والحماية الحرارية للطائرات. وفي الطب الحيوي، يتم استخدامه كحامل للأدوية. أيضًا في مجال البناء، يمكنك إضافته إلى الطلاء، مما يمنحه توصيلًا كهربائيًا وخصائص مضادة للكهرباء الساكنة، مما يمنع امتصاص الغبار.

الخاتمة

يتميز الجرافيت الغروي بخصائص فريدة وآفاق تطبيق واسعة. ويلعب دورًا مهمًا في الإلكترونياتوالآلات والطاقة وغيرها من المجالات بسبب مزاياها في التوصيل الكهربائي والتشحيم. يمكن تحضيره عن طريق الطحن الميكانيكي والعمليات الأخرى لتلبية الاحتياجات المختلفة. مع تطور العلم والتكنولوجيا، سيتم تحسين عملية تحضيره باستمرار، وسيكون له المزيد من التطبيقات.

إذا كنت بحاجة لشراء الجرافيت الغروي، اتصل بنا الآن.