صفيحة الجرافيت

ما هي صفيحة الجرافيت؟

صفيحة الجرافيت هي مادة مركبة، مكونها الرئيسي هو الجرافيت، وتستخدم بشكل أساسي للإدارة الحرارية. وهي تتمتع بموصلية حرارية وكهربائية ممتازة. وفي الوقت نفسه تتمتع بمرونة فائقة وخفيفة الوزن. تنقسم معظم صفائح الجرافيت إلى جرافيت طبيعي وجرافيت صناعي.

نوع صفائح الجرافيت

هناك العديد من الأنواع المختلفة من صفائح الجرافيت، وفئات مختلفة لمختلف المجالات:

 صفيحة الجرافيت الاصطناعية: مصنوعة من درجة حرارة مرتفعة الرسم البياني عملية ، فإنه يمتلك جودة عالية النقاء ومتسقة. مما يجعل صفائح الجرافيت الاصطناعية مناسبة بشكل خاص للمجال الإلكتروني، لأن الموصلية الحرارية الموثوقة والمحتوى المنخفض من الشوائب هو العامل الأكثر أهمية في هذا المجال.

 صفيحة الجرافيت المقوى: تضيف هذه الصفائح مواد أكثر مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو شبكة معدنية أكثر من غيرها لتعزيز القوة الميكانيكية وأداء الضغط. تُستخدم صفائح الجرافيت المقواة في بيئات الضغط الميكانيكي العالي بشكل عام، والتي تحتاج إلى المزيد من المرونة والقوة مع تطبيقات الختم.

 لوح جرافيت مرن: كما يوحي الاسم، فإن لوح الجرافيت المرن مرن للغاية من أجل التكيف مع مختلف الأشكال والأسطح، لجعله فعالاً للغاية في الحشيات وموانع التسرب. تُستخدم على نطاق واسع على الأسطح أو الفجوات غير المنتظمة، لأنها يمكن أن تضمن بشكل فعال الختم والإدارة الحرارية.

 صفيحة الجرافيت المحللة حرارياً: وهي مصنوعة عن طريق ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، وهذا يعني أن صفيحة الجرافيت المتحللة حرارياً تمتلك هياكل مرتبة للغاية وموصلية حرارية عالية. وبسبب الموصلية الحرارية العالية والنقاء، فإنها تستخدم عادةً في التطبيقات الممتازة لعرض أدائها الممتاز.

صفائح الجرافيت النقي: وهي مصنوعة من الجرافيت النقي مع خلوها من أي مواد مالئة أو مواد رابطة. نظرًا لخصائصها الفريدة، تُستخدم صفائح الجرافيت النقي في التطبيقات ذات النقاء العالي، مثل المختبرات والأجهزة الإلكترونية الحساسة التي تحتاج إلى مواد خالية من الملوثات.

صفيحة رقائق الجرافيت: عن طريق معالجة الجرافيت الموسع، إلى صفيحة أرق وأكثر مرونة، بشكل عام، تستخدم كحشوات ذات درجة حرارة عالية أو حاجز حراري في المجالات ذات المتطلبات العالية لدرجات الحرارة المرتفعة.

عملية التصنيع

هناك طريقتان رئيسيتان لتصنيع الجرافيت، العمليات الميكانيكية والكيميائية. ويعتمد ذلك على الأنواع المطلوبة واحتياجات التطبيق:

المعالجة الميكانيكية: بواسطة آلة محددة تضغط الجرافيت الموسع لتشكيل صفائح بسماكة وكثافة محددة. تُستخدم المعالجة الميكانيكية عادةً لإنتاج صفائح جرافيت مرنة، للاحتفاظ بالبنية الطبقية الطبيعية للجرافيت والحفاظ على المرونة.

المعالجة الكيميائية: بهذه الطريقة، وخاصةً ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، لإنتاج صفيحة الجرافيت المتحلل حرارياً. في هذه العملية، سوف تترسب ذرات الكربون طبقة تلو الأخرى، لتكوين بنية مرتبة للغاية. لذلك يمكنها توفير توصيل حراري ونقاء ممتازين.

الخصائص

الخواص الفيزيائية:

الشكل والتركيب: تمتلك صفائح الجرافيت بنية طبقات، وهذا يعني وجود روابط ذرية قوية داخل الطبقات وتفاعلات أضعف بين الطبقات. هذا التركيب يجعل الجرافيت يتمتع بالمرونة، لأن كل طبقة يمكن أن تنزلق، مما يجعل المادة قابلة للتشكيل والتوافق مع الأسطح.

التوصيل الحراري: تتمتع صفائح الجرافيت بموصلية حرارية عالية، بشكل عام، تتراوح بين 300 و1500 واط/م كم، مما يتيح نقل الحرارة بكفاءة. تلعب هذه الخاصية دورًا هامًا في التطبيقات الإلكترونية حيث يجب تبديد الحرارة بسرعة.

التوصيل الكهربائي: نظراً للإلكترونات الحرة في بنية الجرافيت، تجعل صفائح الجرافيت تمتلك موصلية كهربائية مذهلة. في بعض التطبيقات الخاصة، مثل التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي، فإن هذه الخاصية متوائمة للغاية.

قابلية المعالجة: يمكن قطع ألواح الجرافيت وتشكيلها وتصفيحها بسهولة، ويمكن أن يتراوح سمكها من 0.05 إلى 1. م. وهذه القابلية للمعالجة مطلوبة في صناعات الإلكترونيات والسيارات حيث يتطلب التجميع الدقيق.

الخاصية الكيميائية:

الثبات الحراري: يمكن أن تحافظ صفائح الجرافيت على سلامة الهيكل تحت درجات حرارة عالية. وبخلاف ذلك، في بيئة خالية من الأكسجين، يمكن أن يصل الثبات الحراري لصفائح الجرافيت إلى 400 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة جداً للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

الثبات الكيميائي: صفائح الجرافيت مقاومة لمعظم المواد الكيميائية، مثل الأحماض والقواعد. يمكن أن تضمن متانة صفائح الجرافيت في البيئات المسببة للتآكل، علاوة على ذلك، تطيل من عمرها الافتراضي.

خواص كيميائية أخرى: تتميز ألواح الجرافيت بنفاذية منخفضة للغازات والسوائل، مما يجعلها فعالة في التطبيقات الصناعية كموانع تسرب وحشيات.

التطبيقات

نظرًا لخصائصها الفريدة، فإن صفائح الجرافيت لها مجموعة واسعة من التطبيقات. هناك ستة تطبيقات شائعة:

المنتجات الإلكترونية: تُستخدم صفائح الجرافيت على نطاق واسع في الإدارة الحرارية للهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمول. فمن خلال توصيل الحرارة وتبديدها بكفاءة، يمكن أن تساعد وتمنع ارتفاع درجة حرارة الأجهزة، وبالتالي تحسين الأداء وإطالة العمر الافتراضي.

السيارات: في السيارات المعاصرة، السيارات الكهربائية، تُستخدم صفائح الجرافيت للإدارة الحرارية في حزم البطاريات والوحدات الإلكترونية. ويمكنها تعزيز أداء البطارية وسلامتها من خلال الإدارة الحرارية الفعالة. وهذا أمر مهم حقًا لتطوير السيارات الكهربائية والهجينة.

الفضاء الجوي: توفر صفائح الجرافيت الحماية الحرارية للمركبات الفضائية والأقمار الصناعية والطائرات في مجال الفضاء الجوي. ونظرًا لثباتها الحراري العالي وخصائصها خفيفة الوزن، فهي مناسبة حقًا للمكونات الفضائية الحرجة التي لها متطلبات صارمة لمقاومة درجات الحرارة العالية.

الآلات الصناعية: تُستخدم صفائح الجرافيت دائمًا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والضغط العالي كحشيات وموانع تسرب. في مجال معين، حيث تلعب المتانة والموثوقية دورًا مهمًا. يشيع استخدامها على سبيل المثال، المعالجة الكيميائية وتوليد الطاقة والآلات الصناعية الأخرى.

إضاءة LED: في أنظمة LED، يتم استخدامها لتبديد الحرارة، من أجل مساعدة الماكينة على الحفاظ على ظروف التشغيل المثلى والعمر الافتراضي الطويل.

المعدات الطبية: في المعدات الطبية، والتي تتطلب إدارة حرارية دقيقة، لا يمكن الاستغناء عن صفائح الجرافيت أيضًا. على سبيل المثال، معدات التصوير وغيرها من أجهزة تشخيص درجة الحرارة الحساسة. يمكنها الحفاظ على استقرار درجة الحرارة لضمان موثوقية الجهاز وأدائه.