هل الجرافيت مادة مركبة؟

غالبًا ما يستخدم الجرافيت كمرحلة تقوية في تحضير المواد المركبة وله مجموعة واسعة من التطبيقات. ومع ذلك، غالبًا ما يتم مناقشة ما إذا كان الجرافيت مادة مركبة. واستنادًا إلى تعريف علم المواد، سنناقش في هذه الورقة البحثية تركيب الجرافيت وبنيته. وتوضيح الفرق الأساسي بين الجرافيت والمواد المركبة.

تحليل المواد المركبة

شرح التعريف

بالمعنى الدقيق للكلمة، تتكون المواد المركبة من مادتين أو أكثر بخصائص مختلفة. ومن خلال الطرق الفيزيائية أو الكيميائية، يتم تشكيل مواد ذات خواص جديدة على المستوى الكلي (الجزئي). تحافظ هذه المواد المكونة على استقلالها النسبي في المركب. وتعمل بشكل تعاوني مع بعضها البعض لإعطاء المركب خصائص لا يمكن أن تتمتع بها مادة واحدة. مثل البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية. توفر الألياف الزجاجية قوة وصلابة عالية، بينما يمنح البلاستيك المادة قابلية تشكيل جيدة ومقاومة كيميائية. ويتحدان معاً لإنشاء مادة مركبة ذات أداء ممتاز.

الخصائص الرئيسية

أولاً، المواد المركبة قابلة للتصميم. يمكنك تحديد مواد التركيب المختلفة والطرق المركبة وفقًا لمتطلبات الاستخدام المختلفة. ثم يمكنك التحكم بدقة في أداء المواد المركبة. ثانيًا، تميل المواد المركبة إلى أداء أفضل من التركيبات البسيطة للمواد المكونة لها، وهو ما يسمى "التآزر". بالإضافة إلى ذلك، هناك واجهة واضحة بين مكونات المواد المركبة. وتؤثر خصائص الواجهة البينية تأثيرًا حاسمًا على الخصائص الكلية للمادة المركبة.

استكشاف طبيعة الجرافيت

تكوين الجرافيت

جرافيت طبيعي

يتكون عن طريق تحول المادة العضوية بعد زمن جيولوجي طويل ويوجد في الصخور المتحولة. ووفقاً للشكل البلوري، ينقسم الجرافيت إلى جرافيت بلوري وجرافيت بلوري. ويتمتع الأول بتوصيل كهربائي جيد وتزييت جيد، ويتمتع الثاني بمساحة سطح محددة كبيرة.

الجرافيت الاصطناعي

يتم تحضيره من فحم الكوك البترولي والمواد الخام الأخرى المحتوية على الكربون عن طريق الجرافيتنة بدرجة حرارة عالية. يمكنك التحكم في أدائه بدقة عن طريق ضبط المواد الخام ودرجة الحرارة والوقت، واستخدامه على نطاق واسع في الصناعة الحديثة.

البنية المجهرية للجرافيت

وله هيكل طبقي، وتشكل ذرات الكربون في الطبقة شبكة سداسية ذات روابط تساهمية، وترتبط الطبقات بقوى فان دير فال. لذا فهي تتمتع بتوصيل كهربائي جيد وتوصيل حراري وتزييت جيد في الاتجاه المستوي.

خصائص أداء الجرافيت

ويتميز بتوصيل كهربائي وحراري ممتاز، وهو مادة مثالية للأقطاب الكهربائية والمشتتات الحرارية. علاوة على ذلك، فإن ثباته الكيميائي الجيد وتزييته الذاتية يمكن أن يقلل من احتكاك وتآكل الأجزاء الميكانيكية.

تطبيقات الجرافيت في المواد المركبة

مركبات مصفوفة البوليمر

في مركبات مصفوفة البوليمر، يمكن أن تؤدي إضافة الجرافيت إلى تحسين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري والخصائص الميكانيكية للبوليمر بشكل كبير. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي إضافة كمية مناسبة من الجرافيت إلى البلاستيك إلى إعداد منتجات بلاستيكية ذات خصائص مضادة للكهرباء الساكنة. ويستخدم هذا على نطاق واسع في مجال التغليف الإلكتروني. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع أيضًا مركبات مصفوفة البوليمر المقواة بالجرافيت بمقاومة جيدة للتآكل. ويمكنك استخدامها لتصنيع أجزاء مقاومة للتآكل مثل الأختام الميكانيكية.

مركبات المصفوفة المعدنية

في مركبات المصفوفة المعدنية، يمكن أن تؤدي إضافة الجرافيت إلى تحسين أداء المعدن. ويمكنه تقليل كثافة المادة، وتحسين مقاومة التآكل والتشحيم الذاتي للمادة. إذا أخذنا مادة حبر الألومنيوم المركب بحبر الألومنيوم كمثال، فإن هذه المادة تتميز بخفة الوزن وأداء المعالجة الجيد للألومنيوم، ولها خاصية التشحيم الذاتي للجرافيت. يمكنك استخدامها لتصنيع مكابس المحرك وأجزاء أخرى لتحسين كفاءة العمل وعمر خدمة المحرك.

الكربون/مركبات الكربون

الكربون/مركبات الكربون هي مركبات تحتوي على ألياف الكربون أو الجرافيت كتعزيز والكربون أو الجرافيت كمصفوفة. تتمتع هذه المواد بمقاومة جيدة للصدمات الحرارية. الجرافيت في المواد المركبة من الكربون/الكربون كمرحلة تقوية وكمرحلة مصفوفة. من خلال التحكم في هيكل ومحتوى الجرافيت، يمكنك إعداده لتلبية المتطلبات المختلفة للمواد المركبة من الكربون/الكربون. ويمكنك استخدامه على نطاق واسع في مجال الطيران، مثل تصنيع أقراص فرامل الطائرات.

مركبات الجرافين

الجرافين عبارة عن طبقة ذرية واحدة من مادة ثنائية الأبعاد مجردة من الجرافيت، والتي تتميز بخصائص ميكانيكية وكهربائية وحرارية ممتازة. ومن خلال دمج الجرافين مع مواد أخرى، يمكنك تحضير مركبات الجرافين عالية الأداء. على سبيل المثال، عند دمجه مع المطاط، يمكن أن يحسّن بشكل كبير من قوة المطاط ومقاومته للتآكل.

مركبات المصفوفة الخزفية

تتميز المواد الخزفية التقليدية بخصائص الصلابة العالية والهشاشة. يمكن أن تؤدي إضافة الجرافيت إلى تخفيف تركيز الضغط داخل السيراميك بشكل فعال وتحسين صلابة المادة. لذلك يمكنك استخدام مركبات المصفوفة الخزفية المقواة بالجرافيت لتصنيع بطانات الأفران ذات درجة الحرارة العالية وأدوات القطع، إلخ.

مركبات المصفوفة الزجاجية

إن إضافة الجرافيت إلى مركب المصفوفة الزجاجية يجعلها تتمتع بموصلية معينة وتزييت ذاتي. يمكنك استخدام هذه المادة المركبة لصنع منتجات زجاجية خاصة، مثل الزجاج المضاد للضباب والمضاد للكهرباء الساكنة.

مركبات المصفوفة المطاطية

إن ملء مركبات مصفوفة المطاط بالجرافيت يمكن أن يجعلها تتمتع بموصلية كهربائية جيدة ومقاومة للتآكل. يمكن أن تؤدي إضافة الجرافيت إلى المطاط إلى إعداد منتجات مطاطية مضادة للكهرباء الساكنة، مثل أحزمة النقل المستخدمة في مناجم الفحم. يمكن أن يمنع بشكل فعال حوادث السلامة الناجمة عن الكهرباء الساكنة.

مركبات المصفوفة الأسمنتية

في المركبات القائمة على الأسمنت، يمكن أن تؤدي إضافة الجرافيت إلى تحسين التوصيل والخصائص الميكانيكية للأسمنت. ومن خلال التسخين الكهربائي، يمكن أن يذيب الثلج والجليد على الطريق، لذلك يمكنك استخدامه لصنع مواد إزالة الجليد على الطرق

الخاتمة

وخلاصة القول، الجرافيت هو مادة بلورية متعددة الطبقات تتكون من عنصر الكربون، وهي مادة أحادية المكون وليست مادة مركبة. ومع ذلك، يلعب الجرافيت دورًا أساسيًا في مجال المواد المركبة. يمكن للجرافيت تحسين خصائص المواد المركبة بشكل كبير من خلال الدمج مع مواد أخرى، وإنشاء مواد جديدة ذات خصائص شاملة ممتازة. إذا كنت بحاجة إلى شراء مواد الجرافيت، اتصل بنا الآن.