ما الفرق بين الجرافين والجرافيت؟

الجرافيت هو واحد من ثلاثة أصناف طبيعية للكربون ويوجد بشكل طبيعي في الصخور المتحولة في أجزاء مختلفة من الكرة الأرضية ، بما في ذلك أمريكا الجنوبية وآسيا وبعض أجزاء أمريكا الشمالية. يتكون هذا المعدن نتيجة لانخفاض مركبات الكربون الرسوبية أثناء التحول.

 

الروابط الكيميائية في الجرافيت مماثلة في القوة لتلك الموجودة في الماس. ومع ذلك ، فإن البنية الشبكية لذرات الكربون تساهم في اختلاف صلابة هذين المركبين ؛ يحتوي الجرافيت على روابط شعرية ثنائية الأبعاد ، بينما يحتوي الماس على روابط شعرية ثلاثية الأبعاد. تحتوي ذرات الكربون داخل كل طبقة من الجرافيت على روابط جزيئية أضعف. يسمح هذا للطبقات بالانزلاق عبر بعضها البعض ، مما يجعل الجرافيت مادة ناعمة ومرنة.

 

أظهرت دراسات مختلفة أن الجرافيت معدن ممتاز له العديد من الخصائص الفريدة. توصل الحرارة والكهرباء وتحتفظ بأعلى قوة وصلابة طبيعية حتى في درجات الحرارة التي تتجاوز 3600 درجة مئوية. هذه المادة ذاتية التشحيم ومقاومة للمواد الكيميائية.

 

على الرغم من وجود أشكال مختلفة من الكربون ، إلا أن الجرافيت مستقر للغاية في ظل الظروف القياسية. اعتمادًا على شكله ، يتم استخدام الجرافيت في مجموعة واسعة من التطبيقات.

يتميز الجرافين بخصائص فريدة تتجاوز خصائص الجرافيت. على الرغم من استخدام الجرافيت في كثير من الأحيان لتقوية الفولاذ ، إلا أنه لا يمكن استخدامه كمادة هيكلية بمفرده بسبب طبقاته المضغوطة. في المقابل ، يعتبر الجرافين أقوى مادة وجدت على الإطلاق. إنه أقوى بـ 40 مرة من الماس وأقوى من الفولاذ الهيكلي A36 بأكثر من 300 مرة.

 

نظرًا لأن الجرافيت له بنية مستوية ، فإن خصائصه الإلكترونية والصوتية والحرارية متباينة للغاية. هذا يعني أن الفونونات تمر بسهولة على طول طبقاته أكثر مما تفعل عند محاولة المرور عبر طبقاته. ومع ذلك ، يتمتع الجرافين بحركة إلكترون عالية جدًا ، ومثله مثل الجرافيت ، يعد موصلًا كهربائيًا جيدًا ، نظرًا لحدوث إلكترون حر (pi) لكل ذرة كربون.

 

ومع ذلك ، يتميز الجرافين بموصلية كهربائية أعلى بكثير من الجرافيت ، وذلك بسبب وجود أشباه الجسيمات ، وهي إلكترونات تعمل كما لو كانت بلا كتلة ويمكنها السفر لمسافات طويلة دون تشتت. من أجل تحقيق هذا المستوى العالي من التوصيل الكهربائي بشكل كامل ، يجب تنفيذ المنشطات للتغلب على الكثافة الصفرية للحالات التي يمكن تصورها في نقاط ديراك من الجرافين.

يستخدم العلماء عددًا من التقنيات لإنتاج الجرافين. يعد التقشير الميكانيكي ، المعروف أيضًا باسم تقنية الشريط اللاصق ، إحدى الطرق الفعالة لإنشاء طبقة واحدة وقليل من الجرافين. ومع ذلك ، تحاول العديد من المؤسسات البحثية في جميع أنحاء العالم إيجاد الطريقة الأكثر فعالية لإنتاج الجرافين عالي الجودة بتكلفة فعالة على نطاق واسع.

 

ترسيب البخار الكيميائي (CVD) هو الأسلوب الأنسب لإنتاج طبقة أحادية أو قليلة من الجرافين. هذه التقنية قادرة على استخراج ذرات الكربون من مصدر غني بالكربون عن طريق الاختزال. ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي في هذه التقنية هو صعوبة تحديد موقع ركيزة مناسبة لتنمية طبقات الجرافين عليها بالإضافة إلى التعقيد في إزالة طبقات الجرافين من الركيزة دون تغيير أو إتلاف التركيب الذري للجرافين.

التقنيات الأخرى لإنتاج الجرافين هي الصوتنة ، والهندسة الحرارية ، وتقليل ثاني أكسيد الكربون ، وقطع الأنابيب النانوية الكربونية المفتوحة ، وتقليل أكسيد الجرافيت. جذبت هذه التقنية الأخيرة لاستخدام الحرارة لتقليل أكسيد الجرافيت إلى الجرافين اهتمامًا كبيرًا مؤخرًا بسبب انخفاض تكلفة الإنتاج. ومع ذلك ، فإن جودة الجرافين التي يتم إنتاجها حاليًا لا تلبي الإمكانات النظرية للمادة وستستغرق بعض الوقت لإتقانها.