هل الجرافين هو ألياف الكربون التالية؟

جدول المحتويات:

هل الجرافين هو ألياف الكربون التالية؟
هل الجرافين هو ألياف الكربون التالية؟

فيديو: هل الجرافين هو ألياف الكربون التالية؟

فيديو: هل الجرافين هو ألياف الكربون التالية؟
فيديو: شاهد: مقاومة مادة الغرافين 2024, مارس
Anonim

اكتشف في لطخة قلم رصاص ، هل يمكن أن يكون الجرافين المادة الفائقة الجديدة التي تحول صناعة الدراجات؟

في ظاهر الأمر ، يعتبر الجرافين مادة بسيطة. إنها طبقة واحدة من ذرات الكربون بسمك 0.3 نانومتر - أرق مليون مرة من ورق هذه المجلة. ومع ذلك فهو أقوى 150 مرة من الفولاذ وأكثر مرونة بنسبة 20٪. توصل الكهرباء أفضل من النحاس أو الذهب بسرعة مليون متر في الثانية. يلقي الحرارة بسرعة. إنها شفافة وغير منفذة تمامًا ، ويجب أن يكون لها نفس التأثير في القرن الحادي والعشرين الذي أحدثته ألياف الكربون في القرن العشرين والصلب في القرن التاسع عشر. لا عجب أن عالما المواد في جامعة مانشستر اللذان اكتشفاها في عام 2003 ، أندريه جيم وكونستانتين نوفوسيلوف ، سرعان ما حصلوا على جائزة نوبل وسباق الفروسية.لكن ما علاقة هذا بالدراجات؟

أوائل مستخدمي الجرافين

بدأت أولى منتجات الدراجات التي تحتوي على الجرافين في الوصول إلى السوق. تستخدم Vittoria الجرافين في أحدث حواف كربونية من الكربون (انظر الصفحة 20) وتستخدمه شركة Catlike أيضًا في خوذة Mixino التي تتصدر نطاقها. يقول ريتشارد كرادوك ، صانع إطارات الكربون المخصص ، من Craddock Cycles ، "هناك الكثير من الإثارة حول الجرافين في الوقت الحالي ، ولكن هذه ليست سوى الغزوات الأولى. مثل كل مادة جديدة ، فإن إمكاناتها الكاملة غير معروفة حتى الآن ولكن من المرجح أن أقصى فائدة ليست كبديل للكربون ولكن كتعزيز. سأستخدمه عندما يتم إثباته."

يقول بول ويبر ، باحث مشارك في معهد الجرافين الوطني بجامعة مانشستر ، "يمكن للجرافين تحسين الخواص الميكانيكية للمركب ، حيث يمكنه مشاركة الضغط عند إضافته إلى مصفوفة راتنجات الإيبوكسي وجعلها أكثر صلابة. يجب أن تحصل على التوازن الصحيح ، رغم ذلك. الكثير من الجرافين ، لنقل 10 أو 20٪ من المصفوفة ، سيجعله صلبًا حقًا ولكنه سيكون هشًا أيضًا."

يعمل زملاؤه حاليًا على إتقان استخدام الجرافين في الإطارات المركبة للطيران ، وقد أدرجته شركة تصنيع السيارات الإسبانية Spania بالفعل في هيكل السيارة الفائقة GTA. هل يمكن أن تكون إطارات الدراجات هي التالية؟ "لا يوجد سبب على الإطلاق لعدم إمكانية استخدامه في إطارات الدراجات وأنا متأكد من أن شخصًا ما يعمل عليها بالفعل ،" يتوقع Wiper. لدى فيتوريا ثقة كبيرة في الجرافين ، فهي تضع أموالها في مكانها الصحيح. يقول رودي كامباني ، رئيس فيتوريا: "لقد تناولت العشاء قبل خمس سنوات مع مؤسس Directa Plus ، أحد مصانع الجرافين الأولى في أوروبا ، وخطرت لي فكرة استخدام الجرافين في منتجاتنا". "ثم قررنا الاستثمار فيها ، لنكون في الطليعة."

تدعي فيتوريا باستخدام الجرافين في عجلات كورانو الكربونية الجديدة أنها زادت من قوة ثقب الشفرات والصلابة الجانبية للحافة بنسبة تصل إلى 30٪. ولكن قبل كل شيء ، تحمس كامباني ، "إن التبديد الحراري المحسن للجرافين يقلل من درجة الحرارة المتراكمة للحافة [تحت الكبح] ، مما يبقيها أقل بكثير من العتبة حيث تبدأ ألياف الكربون في التفكك."

إضافة الجرافين إلى الكربون ليست سهلة تمامًا مثل إضافة السكر إلى قهوتك. يوفر Directa Plus الجرافين إلى Vittoria كـ "صفيحات نانو" ، والتي يبلغ سمكها من ثلاث إلى سبع ذرات فقط. يقول كامباني: "كان التحدي الأكبر هو تحقيق تشتت شبه مثالي من الجرافين في الدفعة الرئيسية من راتنجات الايبوكسي لألواح الكربون قبل التقوية".

شريحة من الإلهام

دراجة الجرافين
دراجة الجرافين

"توقع الناس لعقود من الزمان أن الجرافين كان موجودًا في تآصل المواد الكربونية مثل الجرافيت والفحم والماس ، لكن لم يعرف أحد كيف يصنعها كطبقة واحدة ثنائية الأبعاد" ، كما يقول ويبر. في لحظة ملهمة ، بدأ جايم ونوفوسيلوف بتلطيخ من الجرافيت البلوري - علامة قلم رصاص بشكل فعال - والتي تتكون من طبقات متعددة مكدسة من الجرافين ، وباستخدام شريط لاصق أزلا بعضًا من الجرافيت.بدافع الفضول ، فعلوا ذلك مرارًا وتكرارًا ، حتى قاموا في النهاية بعزل طبقة واحدة - الجرافين النقي. ثم اختبروه

"عادة عندما تجعل المواد أرق وأرق ، تتدهور خصائصها" ، كما يقول جايم نفسه. "ولكن مع الجرافين وجدنا أن الأمور تتحسن فقط."

المعامل في جميع أنحاء العالم الآن تصنع الجرافين بعدة طرق ، بنقاوة مختلفة ، وأحجام عينات مختلفة وكميات دفعات مختلفة. على سبيل المثال ، تقول Catlike إنها تستخدم ألياف النانو للحفاظ على قوة خوذات Mixino ، والتي أصبحت الآن أخف بمقدار 10 جرام من الموديلات السابقة. يستخدمه آخرون في شكل شرائط نانوية ، وتزعم Samsung و Sony أنهما ابتكرتا طرقًا لصنع ألواح متصلة. ربما يكون من المدهش ، مع ذلك ، أنها ليست باهظة الثمن. يمكنك شراء كيلو من الصفائح الدموية النانوية بأقل من 150 جنيهًا إسترلينيًا. نظرًا لإنشاء المزيد من الإصدارات من المواد ، فمن المؤكد أن استخدام كلمة "الجرافين" في المواد التسويقية سيؤدي إلى إرباك المستهلكين. سيكون من الصعب التأكد مما إذا كان المنتج الذي يدعي أنه "مُحسَّن بالجرافين" يحتوي بالفعل على مادة شبه مجهرية ، أو ما إذا كان مفيدًا.إنها ثغرة يمكن لعديمي الضمير استغلالها.

"يمكن للمختبر اختبار المادة لمعرفة ما إذا كانت تعمل كما هو مطلوب ، ولكن عليك إجراء اختبار كيميائي للتأكد من وجود الجرافين ،" يقول Wiper. ونظرًا لوجود الجرافين في معظم أشكال الكربون ، حتى غبار الفحم ، فقد يكون هذا بمثابة قانون وصف التجارة. لكن في الأيدي اليمنى ، فإن الوعد الكبير لصناعة الدراجات الهوائية. تشمل الاستخدامات المحتملة للجرافين منع التآكل على الأجزاء المكشوفة مثل الحافات ، والسلاسل والأضلاع ، أو ، إذا كانت مضمنة في مكونات الكربون ، يمكن لألياف الجرافين النانوية توصيل الكهرباء أو حتى نقل البيانات. سيؤدي ذلك إلى تقليل الكابلات الخاصة بالنقل الإلكتروني وأجهزة الكمبيوتر المخصصة للدراجات. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تشكل مقاييس إجهاد في محاور الكربون ، أو السواعد ، أو الدواسات ، أو سلاسل السلسلة أو نعل الأحذية ، حيث تقلل أليافها النانوية من التعقيد وربما تقلل من سعر عدادات الطاقة.

تم بالفعل طلاءالماسات النانوية بالجرافين لإنتاج مواد تشحيم فائقة ، والتي يمكن أن تقضي على جميع الاحتكاكات تقريبًا من المحامل ، ووعد بمصابيح LED فائقة السطوع ومحسّنة بالجرافين في أقرب وقت في العام المقبل.يمكن لمكثف الجرافين الفائق أن يخزن طاقة أكثر من أي بطاريات موجودة ، وبالتالي فإن مكونات التحويل الإلكترونية الأخف وزنًا ستكون ممكنة أيضًا. علاوة على ذلك ، فإن تجارب تضمين أقطاب الجرافين في ألياف البولي بروبلين جارية أيضًا ، لذلك هناك أيضًا احتمالية لتضمينها في ملابس الملابس في المستقبل. إنه أمر افتراضي في هذه المرحلة ولكن قد تكون هناك فترة زمنية يصبح فيها القميص والسراويل القصيرة أذكياء ، حيث يستشعر معدل ضربات القلب وضغط الدم ودرجة الحرارة ومعدل التعرق وحتى نشاط العضلات الفردية. يبدو حقًا أن استخداماته وفوائده محدودة.

يقول كامباني: "من الواضح أن الجرافين جديد جدًا لدرجة أن تطبيقاته بدأت للتو في الدراسة". "سيستغرق الأمر سنوات عديدة من الدراسة الأساسية والتطبيقية للتوصل إلى تحسينات جديدة رائعة للمنتجات الحالية أو التطبيقات الجديدة والتحسينات. الرحلة بدأت للتو.

موصى به: