ما هو الجرافيت وما هو الجرافيت المصنوع منه؟

يظهر الجرافيت، باعتباره أحد متآصلات الكربون، بشكل متكرر في الحياة اليومية والإنتاج الصناعي. ما هو؟ هل هو فلز أو معدن أو عنصر؟ مما يتكون؟ سوف تستكشف هذه المقالة بعمق طبيعة الجرافيت، وتكشف عن طبقات أسراره. ويظهر بشكل كامل السحر الفريد والقيمة المهمة للجرافيت في مجال العلوم والتطبيقات.

معنى مصطلح الجرافيت

الجرافيت هو شكل بلوري من أشكال الكربون، وعادةً ما يظهر في حالة صلبة رمادية سوداء غير شفافة، مع بريق معدني فريد من نوعه. ولكن في بعض الأحيان يكون له شكل آخر هو الشكل غير المتبلور، والذي يتكون من ترتيبات غير متبلورة من ذرات الجرافيت. قوامه ناعم نسبياً، وهذه النعومة تسمح له بترك علامات واضحة على الورق. كما أن هذه الخاصية تجعل الجرافيت هو المكون الرئيسي لرصاص أقلام الرصاص. في الجوهر الكيميائي، ينتمي الجرافيت إلى متآصل الكربون، الذي يتكون من ذرات الكربون مثل الماس والفوليرين ومواد أخرى. ومع ذلك، تختلف طريقة ترتيب ذرات الكربون في هذه المواد اختلافًا كبيرًا، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة في خواصها الفيزيائية والكيميائية.

هل الجرافيت فلز أم معدن؟

الجرافيت ليس معدنًا، ولكنه معدن. عادةً ما يتمتع المعدن بتوصيل كهربائي جيد وتوصيل حراري وليونة وخصائص نموذجية أخرى. على الرغم من أن الجرافيت يتمتع بدرجة معينة من التوصيل الكهربائي والحراري، إلا أنه لا يتمتع بخاصية ليونة المعادن. الجرافيت هو نتاج طبيعي لعمليات جيولوجية معقدة وينطبق عليه تعريف المعدن. وهو موجود في صخور ورواسب محددة في الطبيعة. وهو شكل مهم من أشكال الكربون في الدورة الطويلة وعملية التطور لدائرة الأرض، ويشهد على حركة وتغير المواد في باطن الأرض.

هل الجرافيت عنصر الجرافيت؟

الجرافيت ليس عنصرًا، ولكنه مادة واحدة تتكون من الكربون. العنصر هو مجموعة من الذرات التي لها نفس عدد الشحنات النووية (البروتونات). الجرافيت هو كيان مادي يتكون من عدد كبير من ذرات الكربون المرتبطة معًا بروابط كيميائية محددة. وتسمى هذه المادة النقية المكونة من نفس العناصر بالعنصر. الجرافيت هو شكل خاص من أشكال الوجود العنصري للكربون. وهو ذو بنية بلورية فريدة من نوعها وخصائص فيزيائية وكيميائية تُظهر الخصائص الغنية والمتنوعة للكربون.

هل الجرافيت كربون؟

الجرافيت هو أحد متآصلات الكربون، ويتكون بالكامل من عنصر الكربون. وداخل الجرافيت، يتم ترتيب ذرات الكربون ودمجها بطريقة خاصة جدًا لتكوين بنية بلورية فريدة من نوعها. وتمنح هذه البنية الجرافيت العديد من الخصائص المميزة. لذا فهو وغيره من متآصلات الكربون الأخرى مثل الماس (المعروف بخصائصه الصلبة والشفافة)، والفوليرين (ذو البنية الكروية أو الأنبوبية الفريدة) في المظهر والخصائص الفيزيائية والكيميائية مختلفة بشكل كبير. ويؤدي كل منهما أدواراً مختلفة في العديد من المجالات.

من أين يأتي الجرافيت؟

المصادر الطبيعية

المصادر الطبيعية للجرافيت في الطبيعة أكثر اتساعًا. يمكننا تشكيل جزء من الجرافيت في الصخور المتحولة. على سبيل المثال ، في عملية التحول الإقليمي ، تتحول الرواسب الأصلية المحتوية على الكربون (مثل طبقات الفحم) تدريجياً إلى جرافيت من خلال التبلور المتحول المعقد في ظل ظروف قاسية من درجات الحرارة والضغط المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، يأتي بعض الجرافيت من الصخور الصهارية. وعندما تغزو الصهارة الصهارة القشرة الأرضية، يتبلور الكربون المحمول في الصهارة تحت بيئة جيولوجية وظروف فيزيائية وكيميائية محددة. وبالتالي فإنه يشكل الجرافيت. وتنتشر رواسب الجرافيت الطبيعية في العديد من البلدان والمناطق حول العالم، ومن بينها الصين والبرازيل والهند وغيرها من البلدان التي تمتلك موارد غرافيت طبيعية غنية نسبياً. هذه توفر أساسًا ماديًا مهمًا لتطوير الصناعات العالمية المتعلقة بالجرافيت.

الجرافيت الاصطناعي

مع التطور السريع للتكنولوجيا الصناعية الحديثة، أصبح إنتاج الجرافيت الاصطناعي تدريجياً جزءًا مهمًا من إمدادات الجرافيت. وعادة ما يتم إنتاج الجرافيت الاصطناعي عن طريق المعالجة الحرارية بدرجة حرارة عالية لمواد خام محددة تحتوي على الكربون (مثل فحم الكوك البترولي وفحم الكوك الإسفلتي وما إلى ذلك). ويتم تحويل غير متبلور الكربون إلى جرافيت. وفي درجات الحرارة المرتفعة، تتطاير العناصر غير الكربونية في هذه المواد الخام المحتوية على الكربون تدريجيًا. وستعيد ذرات الكربون ترتيبها وتبلورها، لتشكل في النهاية جرافيت صناعيًا ببنية مشابهة للجرافيت الطبيعي. ويتميز إنتاج الجرافيت الاصطناعي بدرجة عالية من القدرة على التحكم. ويمكن التحكم بدقة في نقاوته وبنيته البلورية وخصائصه الفيزيائية والكيميائية وفقًا لاحتياجات التطبيقات الصناعية المختلفة. بحيث يتم استخدامه على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الصلب والبطاريات والحراريات وما إلى ذلك. وهذا يوفر دعمًا قويًا لتطوير الصناعة الحديثة.

أنواع الجرافيت

باختصار، يمكن تقسيم الجرافيت بشكل أساسي إلى نوعين من الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي.

 جرافيت طبيعي

ويشمل الجرافيت الطبيعي أيضًا الجرافيت المتقشر والجرافيت البلوري والجرافيت الكريبتوكريستالي.

يتميز الجرافيت المتقشر بشكل قشور كبيرة ورقيقة ذات نطاق واسع من القطر، يتراوح بين بضعة أعشار المليمتر إلى عدة مليمترات. وتتميز هذه القشور بتوصيل كهربائي وحراري جيد في الاتجاه المستوي، في حين أن تركيبها الطبقي يمنحها خصائص تزييت ممتازة.

تكون بلورات الجرافيت البلورية متطورة بشكل جيد، وتظهر شكل بلوري سداسي واضح. وقشورها كبيرة نسبيًا، وغالبًا ما يكون قطر الشرائح أكثر من 0.1-0.2 مم. وهذا النوع من الجرافيت ليس متوفرًا بكثرة في الطبيعة. ولكن نظرًا لهيكله البلوري الممتاز وخصائصه الفريدة، فإنه يلعب دورًا في العديد من المجالات الصناعية المتطورة.

تكون بلورة الجرافيت الأفانيتي صغيرة جدًا وتوجد على شكل تجمعات بلورية دقيقة. وبالكاد يمكن تمييز الشكل المحدد للبلورة بالعين المجردة. ويكون محتواه من الكربون الثابت عند مستوى مرتفع، تقريبًا في نطاق 60%-80%. في التطبيقات الصناعية، يمكننا استخدام الجرافيت الكريبتوكريستالي كمواد صب ومواد حرارية.

جرافيت اصطناعي

يحتوي الجرافيت الاصطناعي على ثلاثة أنواع، لكل منها خصائص واستخدامات فريدة.

نقاوة الجرافيت عالية النقاء عالية للغاية، ومحتوى الشوائب منخفض للغاية، وعادة ما يكون أكثر من 99.9%. إن ثباته الكيميائي الممتاز وموصلية كهربائية عالية تجعله يلعب دورًا رئيسيًا في تصنيع أشباه الموصلات والصناعات الكيميائية المتطورة وغيرها من الصناعات ذات متطلبات النقاء الصارمة.

يتكون الجرافيت المضغوط المتساوي الضغط من خلال عملية الضغط المتساوي الضغط وله خصائص الهيكل الموحد وتساوي الخواص. ويتمتع بقوة ميكانيكية ممتازة، ومقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الصدمات الحرارية، وأداء ممتاز في علم المعادن، والإدارة الإلكترونية وغيرها من المجالات.

يُصنع الجرافيت الموسع من الجرافيت الطبيعي بمعالجة خاصة، مع بنية فريدة تشبه الدودة. يمكن أن يتمدد بسرعة في درجات حرارة عالية ليشكل مادة ذات خصائص عزل حراري ممتازة وخصائص مانعة للتسرب. في مجال المواد المقاومة للحريق، يمكن استخدام الجرافيت الموسع لتصنيع الأختام المقاومة للحريق، والطلاءات المقاومة للحريق، وما إلى ذلك. ويمكنه منع انتشار الحريق بشكل فعال.

مما يُصنع الجرافيت؟

عنصر الجرافيت

العنصر الرئيسي المكون للجرافيت هو الكربون. في الجرافيت، تتصل ذرات الكربون ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية لتشكل شبكة مستوية من الأشكال السداسية. تتراص هذه البنى الشبكية المستوية طبقة فوق طبقة في الفضاء، لتشكل البنية البلورية الفريدة للجرافيت. تشكل كل ذرة كربون رابطة تساهمية مع ثلاث ذرات كربون محيطة بها. ووجود هذه الرابطة التساهمية يمنح الجرافيت ثباتًا وقوة عالية داخل الطبقة. بينما يضع أيضًا الأساس لبعض خصائصه الخاصة، مثل التوصيل الكهربائي والحراري.

الصيغة الكيميائية للجرافيت

عادةً ما يُشار إلى الصيغة الكيميائية للجرافيت بالرمز C، وهو ما يشير بوضوح إلى أنه يتكون بالكامل من الكربون. على الرغم من صيغته الكيميائية البسيطة، إلا أن الجرافيت يُظهر خصائص فيزيائية وكيميائية معقدة ومتنوعة. نظرًا للترتيب الفريد لذرات الكربون ووجود العديد من أشكال الترابط الكيميائي. هذه الخاصية، التي تتكون من عنصر واحد ولكن لها خصائص غنية، تجعل الجرافيت يحتل مكانة فريدة في مجال علم المواد. كما تجعله أيضًا محور العديد من الأبحاث والاستخدامات.

هيكل الجرافيت

الكربون ترتيب ذرة الكربون في الجرافيت

يتم ترتيب الكربون في البنية المجهرية للجرافيت. وتظهر ذرات الكربون سمة ملحوظة للترتيب الطبقي. فكل طبقة من ذرات الكربون مرتبة بشكل وثيق لتكوين بنية شبكية مستوية سداسية ضخمة. وترتبط ذرات الكربون ارتباطًا وثيقًا من خلال الروابط التساهمية. وهذا ما يجعل هذه الطبقات المستوية تتمتع بثبات وقوة عالية، ويمكنها تحمل درجة معينة من القوة الخارجية دون ضرر. وتكون الطبقة بين الطبقات من خلال تفاعل قوة فان دير فال الضعيفة. هذه القوة الضعيفة نسبيًا بين الطبقات تجعل الجرافيت بين الطبقة والطبقة عندما تكون القوة الخارجية الصغيرة سهلة الانزلاق، مما يعطي الجرافيت تزييتًا ومرونة جيدة. بحيث يحتاج إلى تقليل الاحتكاك ولديه قدرة تشوه معينة في سيناريو التطبيق.

الترابط

تُعد الرابطة التساهمية بين ذرات الكربون في طبقة الجرافيت رابطة كيميائية قوية. فهي لا تضمن استقرار طبقة الجرافيت وسلامتها فحسب، بل لها أيضًا تأثير عميق على الخواص الفيزيائية للجرافيت. وبسبب وجود الروابط التساهمية، تستطيع الإلكترونات التحرك بحرية نسبياً بين ذرات الكربون داخل الطبقة. وهذا يجعل الجرافيت يتمتع بموصلية توصيلية وحرارية جيدة داخل الطبقة، ويمكنه نقل التيار والحرارة بكفاءة.

قوة فان دير فال بين الطبقات ضعيفة نسبيًا. كما أن مساهمتها في الخواص الفيزيائية للجرافيت مثل الصلابة والكثافة أقل من مساهمة الروابط التساهمية. يخلق هذا التأثير التآزري للروابط التساهمية داخل الطبقات وقوى فان دير فال بين الطبقات الخصائص الفريدة متباينة الخواص للجرافيت. وهذا يعني أن الخواص الفيزيائية والكيميائية للجرافيت في اتجاه الطبقة والطبقة الرأسية تختلف اختلافًا كبيرًا. ويجب مراعاة هذه الخاصية بشكل كامل في تطبيقات المواد لتحقيق الاستخدام الأمثل لخصائص الجرافيت.

خواص الجرافيت

الخصائص الفيزيائية

اللون

عادةً ما يظهر الجرافيت بلون رمادي-أسود المظهر. ويرتبط تكوين هذا اللون ارتباطًا وثيقًا بالبنية الإلكترونية الداخلية للجرافيت وخصائص امتصاصه وانعكاسه للضوء. تمتص ذرات الكربون الموجودة في الجرافيت الضوء المرئي وتشتت الضوء المرئي من خلال روابط كيميائية محددة وتوزيع سحابة الإلكترونات. بحيث يتم امتصاص معظم الضوء المرئي، ولا ينعكس أو يتشتت سوى قدر ضئيل من الضوء. وبالتالي يظهر تأثير بصري رمادي-أسود على المستوى الكلي. علاوة على ذلك، تمنح الطبيعة غير الشفافة للجرافيت أيضًا مظهره ملمسًا فريدًا من نوعه، على النقيض تمامًا من المواد الأخرى الشفافة أو الشفافة.

الكثافة

وكثافة الجرافيت صغيرة نسبيًا، حيث تتراوح بين 2.09 و2.23 جم/سم3 تقريبًا. والجاذبية النوعية منخفضة أيضًا. تجعل هذه الخاصية من الجرافيت ميزة واضحة في بعض سيناريوهات التطبيقات ذات المتطلبات الصارمة للوزن. على سبيل المثال، في تصميم مكونات معينة في مجال الطيران، إذا كنت بحاجة إلى استخدام مواد تتمتع بدرجة معينة من الخصائص الموصلة والتشحيم، ولكن يمكنها أيضًا تقليل الوزن الكلي. عندئذ يصبح الجرافيت مادة مرشحة محتملة للغاية.

نقطة الانصهار

يتميز الجرافيت بدرجة انصهار عالية للغاية، حوالي 3652 درجة مئوية -3697 درجة مئوية. يسمح هذا الثبات الممتاز في درجات الحرارة العالية للجرافيت بالحفاظ على هيكله وخصائصه مستقرة نسبيًا في بيئات درجات الحرارة العالية للغاية. في صهر الحديد والصلب والمواد المقاومة للحرارة وغيرها من العمليات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية، يلعب الجرافيت دورًا حيويًا في صهر الحديد والصلب والمواد المقاومة للحرارة وغيرها من العمليات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية.

التوصيل الكهربائي

يتميز الجرافيت بتوصيلية كهربائية ممتازة في الطبقة، ويرجع ذلك إلى تكوين بنية سحابة إلكترونية مستقرة بين ذرات الكربون في الطبقة من خلال الروابط التساهمية. ويمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية نسبياً في هذا الهيكل، وذلك لتحقيق توصيل فعال للتيار. وفي الوقت نفسه، فإن التوصيل الحراري للجرافيت جيد جدًا أيضًا، ويمكنه نقل الحرارة بسرعة.

التشحيم

ترجع خصائص التشحيم في الجرافيت المشحّم إلى بنيته الفريدة من نوعها ذات الطبقات. لأن قوة فان دير فال بين الطبقات ضعيفة. وعندما يتعرض الجرافيت لقوة خارجية، يسهل حدوث الانزلاق النسبي بين الطبقات. ويمكن لعملية الانزلاق هذه أن تقلل بشكل فعال من معامل الاحتكاك، وذلك للعب دور تزييت جيد. سواء كانت صيانة التزييت اليومية لمختلف المعدات الميكانيكية في صناعة الآلات، أو احتياجات التزييت في بعض البيئات الخاصة (مثل درجات الحرارة العالية أو الضغط العالي أو بيئة التآكل الكيميائي)، يمكن أن يظهر الجرافيت تأثيرات تزييت ممتازة.

الخواص الكيميائية

مقاومة الجرافيت للتآكل

يتمتع الجرافيت بمقاومة جيدة للأحماض والقلويات. ويمكنه الحفاظ على بنية وأداء مستقر نسبيًا في المحاليل الحمضية والقلوية ضمن نطاق تركيز معين. ويرجع ذلك إلى أن ذرات الكربون في الجرافيت تشكل بنية طاقة رابطة كيميائية مستقرة من خلال الروابط التساهمية. وهذا يجعل من الصعب تدمير الجرافيت بواسطة الأيونات في المحاليل الحمضية والقاعدية. هذه المقاومة للأحماض والقلويات تجعل الجرافيت له قيمة تطبيقية مهمة في بعض البيئات المسببة للتآكل في الصناعة الكيميائية.

التفاعل مع المواد الأخرى

في ظل ظروف درجات الحرارة العادية، تكون الخواص الكيميائية للجرافيت مستقرة نسبيًا. وليس من السهل أن يتفاعل كيميائيًا مع معظم المواد الشائعة. ومع ذلك، عند تعرضه لدرجة حرارة عالية أو ضغط مرتفع أو بيئة كيميائية معينة، يمكن أن يتفاعل الجرافيت مع بعض المواد المؤكسدة (مثل الأكسجين وحمض الكبريتيك المركز، إلخ).

على سبيل المثال، عندما يكون الأكسجين كافيًا وترتفع درجة الحرارة إلى حد معين، يخضع الجرافيت لتفاعل أكسدة ويتحول تدريجيًا إلى نواتج مثل ثاني أكسيد الكربون. هذه التفاعلية تحد من تطبيق الجرافيت في بعض بيئات الأكسدة القصوى إلى حد ما. ولكنه يوفر أيضًا إمكانية إجراء بعض المعالجة الخاصة وتعديل الجرافيت.

معامل التمدد الحراري

يتميز الجرافيت بمعامل تمدد حراري منخفض، مما يمنحه ثباتًا جيدًا في الأبعاد عند تغير درجة الحرارة. وبالمقارنة مع العديد من المواد الأخرى، فإن حجم الجرافيت يتغير قليلاً جداً أثناء عملية التعرض لارتفاع وانخفاض أكبر في درجة الحرارة.

في بعض التطبيقات التي تتطلب دقة أبعاد عالية للمواد، يكون هذا المعامل المنخفض للتمدد الحراري للجرافيت مهمًا بشكل خاص. يمكن أن يتجنب بشكل فعال مشاكل مثل تشوه المكونات وتقليل دقة التجميع الناجمة عن تقلبات درجات الحرارة. وذلك لضمان التشغيل العادي والأداء المستقر للمعدات أو الأدوات في بيئات درجات الحرارة المختلفة.

الأكسدة

على الرغم من أن الجرافيت يُظهر مقاومة قوية للأكسدة والتآكل في درجة حرارة الغرفة، إلا أنه في ظل الظروف القاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة أو الرطوبة العالية أو بيئة الأكسدة القوية، فإن الجرافيت سوف يتأكسد ويتآكل تدريجياً. على سبيل المثال، عند التعرض طويل الأمد لدرجة حرارة عالية في الهواء، تتفاعل ذرات الكربون الموجودة على سطح الجرافيت مع الأكسجين لتكوين طبقة أكسيد.

وبمرور الوقت، ستؤدي السماكة المستمرة لطبقة الأكسيد إلى تغيرات في بنية الجرافيت وأدائه. مثل انخفاض الموصلية والقوة. لذلك ، في بعض مجالات التطبيق ذات المتطلبات العالية لمقاومة أكسدة الجرافيت ، غالبًا ما يكون من الضروري إجراء معالجة سطحية خاصة للجرافيت. أو إضافة مضادات الأكسدة وغيرها من التدابير. لتحسين قدرتها المضادة للأكسدة لضمان استقرار الأداء وموثوقية مواد الجرافيت أثناء الاستخدام.

الخواص الميكانيكية

الصلابة والقوة

قوة وصلابة الجرافيت منخفضة نسبيًا، وتبلغ صلابة موس حوالي 1-2. هذه الخاصية تجعل من السهل نسبيًا تشكيل الجرافيت ومعالجته إلى أشكال مختلفة أثناء المعالجة. على سبيل المثال، في تصنيع خيوط أقلام الرصاص، عن طريق خلط الجرافيت ومواد أخرى مثل الطين بنسب مختلفة والضغط، من الملائم صنع خيوط أقلام الرصاص بمستويات صلابة مختلفة لتلبية احتياجات الكتابة المختلفة. ومع ذلك، على الرغم من أن القوة الإجمالية للجرافيت منخفضة، إلا أنه لا يزال لديه قيمة استخدام قوة معينة في بعض الاتجاهات المحددة. مثل على طول اتجاه طبقة الجرافيت.

 المرونة

نظرًا للهيكل الطبقي الفريد من نوعه للجرافيت، فإنه يُظهر مرونة ومرونة إلى حد ما. عند تعرضه لقوة خارجية صغيرة، يمكننا ثني وتشويه البنية الطبقية للجرافيت إلى حد معين. وعندما يتم إزالة القوة الخارجية، يمكننا استعادة الجرافيت إلى شكله الأصلي أو قريبًا من الشكل الأصلي. تجعل هذه المرونة والمرونة من الجرافيت إمكانية استخدام الجرافيت في بعض الأجهزة الإلكترونية المرنة والمواد المانعة للتسرب وغيرها من المجالات الناشئة.

التباين الخواص

يتميز الجرافيت متباين الخواص بخصائص متباينة الخواص واضحة للغاية. أي أن خصائصه الفيزيائية والكيميائية تختلف اختلافًا كبيرًا في اتجاهات مختلفة. فيما يتعلق بالخاصية التوصيلية، تكون الموصلية على طول طبقة الجرافيت أعلى بكثير من الموصلية في الطبقة الرأسية. وهذا ناتج عن تعزيز الروابط التساهمية على توصيل الإلكترون وإعاقة قوة فان دير فال البينية على توصيل الإلكترون.

من حيث الصلابة والقوة، تكون صلابة وقوة الطبقة الرأسية عالية نسبيًا. نظرًا لأن قوة فان دير فال بين الطبقات تحد من الانزلاق النسبي بين الطبقات إلى حد معين. بينما من المرجح أن يحدث الانزلاق والتشوه بسبب ضعف القوة البينية بين الطبقات. تحتاج هذه الخاصية متباينة الخواص إلى اهتمام خاص ومراعاة خاصة في عملية تطبيق الجرافيت. وفقًا لمتطلبات التطبيق المحددة، من المعقول اختيار مزايا خصائص الجرافيت والاستفادة منها في اتجاهات مختلفة. وذلك لتعظيم الاستفادة من أداء مادة الجرافيت وتحسين تأثير التطبيق.

الخواص الحرارية والكهربائية

هناك علاقة داخلية وثيقة بين الخصائص الحرارية والكهربائية للجرافيت والخصائص الحرارية والأداء الممتاز. الموصلية الحرارية العالية تكفي لانبعاث الحرارة بسرعة، وهي ذات قيمة تطبيقية كبيرة في مجال تبديد الحرارة للمعدات الإلكترونية. وفي الوقت نفسه، فإن الموصلية الجيدة للجرافيت تمكنه من نقل التيار بكفاءة كموصل ممتاز في الدائرة الكهربائية.

خصائص أخرى

وبالإضافة إلى الخصائص العديدة المذكورة أعلاه، يتمتع الجرافيت ببعض الخصائص الخاصة الأخرى. على سبيل المثال، يتميز الجرافيت بخصائص امتصاص معينة. ويمكن لبنية مسامه الغنية ومساحة سطحه المحددة الكبيرة أن تمتص بعض الغازات والجزيئات الصغيرة. هذه الميزة لها قيمة تطبيقية محتملة في تنقية الغاز ومعالجة مياه الصرف الصحي في مجال حماية البيئة. ومن خلال التعديل والمعالجة المناسبين للجرافيت، يمكن تحسين أداء امتصاصه بشكل أكبر. يمكن استخدامه لإزالة الغازات الضارة في الهواء (مثل الفورمالديهايد وثاني أكسيد الكبريت، إلخ) أو أيونات المعادن الثقيلة في الماء والملوثات العضوية، إلخ.

6 استخدامات الجرافيت

في أقلام الرصاص

الجرافيت هو مكون رئيسي في رصاص أقلام الرصاص. ونظرًا لملمسه الناعم وبنيته الفريدة من نوعها ذات الطبقات، يمكنه ترك علامات واضحة على الورق بعد خلطه وتعديل صلابته مع الطين لتلبية احتياجات الكتابة والرسم. يُستخدم على نطاق واسع في جميع أنواع أدوات الكتابة، بدءًا من تعليم الطلاب وحتى الإبداع الفني. وهذا يسمح للناس بالتعبير عن أفكارهم وإبداعهم بحرية.

كمادة تشحيم

يتمتع الجرافيت كمادة تشحيم بتشحيم جيد بسبب قوة فان دير فال الضعيفة في الطبقة الوسطى والطبقة البينية للهيكل الطبقي. ويستخدم على نطاق واسع في المجال الميكانيكي. سواء كانت الأجزاء المتحركة الداخلية لمحرك السيارات، أو أجزاء ناقل الحركة الميكانيكية الصناعية. أو حتى الأجزاء الفضائية ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي، يمكن لمسحوق الجرافيت أن يقلل الاحتكاك بشكل فعال، ويقلل من التآكل. كما أنه يضمن التشغيل السلس والفعال للمعدات، ويطيل عمر الخدمة.

صناعة الصلب

يلعب الجرافيت دورًا مهمًا في صناعة الصلب. وباعتباره قطب كهربائي، يمكنه إدخال تيار لإنتاج صهر حراري جول للمواد الخام الفولاذية الخردة الفولاذية. ككربنة، يمكن تعديل محتوى الكربون في الفولاذ المصهور بدقة. مصنوعة من مادة تبطين الفرن، بحكم مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل، تحمي جسم فرن صناعة الصلب من الصلب المصهور بدرجة حرارة عالية وتلف الخبث. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الجرافيت بسعة حرارية محددة. يمكنه امتصاص وإطلاق الحرارة أثناء عملية صناعة الصلب، مما يساعد على تنظيم تقلبات درجة الحرارة في الفرن. يدعم بشكل فعال التطوير الفعال والآمن والمستقر لعملية صناعة الصلب.

البطارية

الجرافيت ذو أهمية كبيرة في البطاريات ويستخدم عادةً كمادة قطب كهربائي سالب في بطاريات الليثيوم أيون البطاريات. يوفر هيكلها متعدد الطبقات مساحة لتضمين أيونات الليثيوم وتفريغها، وتضمين الشحن، وتفريغ التفريغ، مع خاصية التوصيل الجيدة. وهذا يضمن شحن البطارية ودورة التفريغ. في البحث في تكنولوجيا البطاريات الناشئة، تعتبر أيضًا المادة الأساسية. وهذا يلعب دورًا في تعزيز تطوير تخزين الطاقة الجديدة.

المواد الحرارية

يتميز الجرافيت بنقطة انصهار عالية وثبات في درجات الحرارة العالية، وهو مادة حرارية عالية الجودة. في علم المعادن والسيراميك والزجاج والعمليات الصناعية الأخرى ذات درجة الحرارة العالية، وتستخدم في تصنيع الطوب الحراري والبطانات البوتقات وما إلى ذلك. يمكن أن تقاوم تآكل ذوبان المعادن والخبث في بيئة درجة حرارة عالية، والحفاظ على الاستقرار الهيكلي. تقليل فقدان الحرارة، وتقليل مخاطر الحوادث، وبناء خط أمان قوي للإنتاج الصناعي في درجات الحرارة العالية.

المفاعلات النووية

يعمل الجرافيت كمهدئ نيوتروني في المفاعلات النووية. ومن خلال التصادم مع النيوترونات، يتم إبطاء النيوترونات السريعة إلى نيوترونات حرارية. وبالتالي فهي تتحكم في معدل تفاعل الانشطار النووي وتضمن التشغيل المستقر للمفاعل. وللمفاعلات النووية المبكرة استخدامات عديدة. ولكن الجرافيت يتغير تحت درجة الحرارة العالية والإشعاع النيوتروني، مما يتطلب استجابات تقنية خاصة لضمان الاستخدام الآمن على المدى الطويل.

الخاتمة

وباعتباره أحد متآصلات الكربون، يتميز الجرافيت بخصائص مختلفة ويستخدم على نطاق واسع. وترتبط خصائصه المختلفة ببعضها البعض، مما يحدد الأداء في سيناريوهات مختلفة. من أقلام الرصاص اليومية إلى صناعة الفولاذ الصناعي وتصنيع البطاريات إلى المفاعلات النووية عالية التقنية، لا غنى عن الجرافيت. ومع تطور العلوم والتكنولوجيا، يتمتع الجرافيت بإمكانيات كبيرة في المجالات الناشئة. وسيحتل موقعًا أكثر أهمية في علم المواد واستراتيجية الموارد العالمية واستراتيجية التنمية المستدامة. وسوف يستمر في تعزيز تقدم المجتمع البشري.