Language
Country/Area
No result found
تحول مدهش في تكنولوجيا التقشير: لماذا كان عام 2004 بمثابة بداية ثورة الجرافين؟
تعد تقنية التقشير عملية علمية قديمة ولكنها واعدة تعمل على فصل المواد الطبقية إلى مواد نانوية من خلال عمليات ميكانيكية أو كيميائية أو حرارية. على الرغم من أن تاريخ تقنية التقشير يعود إلى قرون مضت، إلا أن اكتشاف العالمين ك. نوفوسيلوف وأ. جيم في عام 2004 ضخ حيوية جديدة في هذا المجال. فقد استخدما شريط سكوتش (شريط لاصق) لفصل الجرافين بنجاح، وقد جذب هذا الإنجاز الثوري الكثير من الاهتمام. الاهتمام والبحث في هذه التكنولوجيا في جميع أنحاء العالم. ولم يؤد هذا البحث إلى فوز العالمين بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010 فحسب، بل جعل تقنية التقشير واحدة من أكثر تقنيات إنتاج المواد النانوية استخدامًا اليوم.
تتضمن عملية التقشير عادةً كسر الروابط الضعيفة، عادةً روابط فان دير فالس، لفصل المواد الطبقية إلى طبقات فردية. وقد أظهرت الأبحاث في السنوات الأخيرة أنه إذا تم توفير طاقة كافية، فيمكن كسر الروابط الأقوى، مثل الروابط المعدنية أو الأيونية، لإنتاج مواد غير فان دير فالس مثل نتريد الهافنيوم. ومن ثم، تبرز أهمية تقنية التقشير في مجال المواد المبتكرة، وتعزيز تطوير الإلكترونيات عالية الأداء، وأجهزة تخزين الطاقة الفعالة، والمواد الفضائية الخفيفة والقوية.أصبحت تقنية التقشير اليوم تعتبر من التقنيات المهمة لإنتاج المواد النانوية ويمكن استخدامها في العديد من المجالات مثل الإلكترونيات والطب الحيوي.
تاريخ تقنية التعرية
من الفخار الصيني القديم إلى سيراميك حضارة المايا، كانت تقنيات التقشير موجودة منذ قرون. ومع ذلك، فإن أقدم الأبحاث العلمية ترجع إلى عام 1824، عندما قام العالم توماس إتش ويب لأول مرة بتطبيق تقنية التقشير لإنتاج حجر الملح الأميني. وبمرور الوقت، استمر البحث في هذا المجال في التعمق، وخاصة في عام 2004، عندما أدى عمل نوفوسيلوف وجيم إلى نقل تقنية التقشير إلى عصر جديد. وبهذه الطريقة، أثبتوا إمكانات الجرافين، وبالتالي جذب الاستثمارات والأبحاث في هذه التكنولوجيا من المجتمع العلمي العالمي.
في عام 2004، نجح نوفوسيلوف وكيم في إثبات إمكانات تقنية التجريد، وتحويلها إلى تقنية إنتاج مهمة.
أنواع تقنيات التعرية
يتم تطبيق عملية التقشير بشكل أساسي على الهياكل الطبقية حيث يتعين التغلب على الروابط الضعيفة من أجل فصل المادة إلى طبقات فردية. اعتمادًا على مصدر الطاقة المستخدم، يمكن تقسيم تقنيات التقشير إلى ثلاث فئات: التقشير الميكانيكي، والتقشير الكيميائي، والتقشير الحراري. كل من هذه التقنيات الثلاث لها خصائصها ومميزاتها وعيوبها.
التجريد الميكانيكي
تعتمد عملية فك الارتباط الميكانيكي على قوى خارجية لكسر الروابط عن طريق خلق ضغوط داخل المادة. خلال هذه العملية، قد يتم إضافة مذيب لتسهيل التقشير. على الرغم من أن هذا النهج يوفر إنتاجية ونقاءً مرتفعين، إلا أن نتائجه أقل قابلية للتنبؤ وغالبًا ما تتطلب تكرارات متعددة للحصول على طبقة أحادية من المادة. ومع ذلك، فهذه أيضًا واحدة من أقدم الطرق المستخدمة لإنتاج الجرافين. ومع مرور الوقت، تم تحسين تقنيتها باستمرار ودخلت مرحلة التسويق.
التقشير الكيميائي
تتضمن التقشير الكيميائي عملية توسع كيميائي تستخدم الأيونات الضيفة أو الإلكترونات الحرة لتوسيع المسافة بين الطبقات، وبالتالي تشكيل روابط جديدة. تنتج هذه التقنية مواد على نطاق أوسع وتسمح باستكشاف كيمياء مختلفة، مما يشجع الباحثين على استكشاف طرق إنتاج مختلفة.
العزل الحراري
التقشير الحراري هو تقنية تم تطويرها مؤخرًا تستخدم الحرارة كمصدر للطاقة لتسهيل عملية التقشير. عندما يتعرض الهيكل الطبقي لدرجات حرارة عالية للغاية، فإن الغازات المتولدة تخلق ضغطًا بين الطبقات، مما يعاكس جاذبية فان دير فالس. على الرغم من أن هذه الطريقة توفر عائدات أعلى ومعدلات تفاعل أسرع، إلا أنها لا تزال تعاني من عيوب في التحكم في حجم الجسيمات.
إن تقدم تكنولوجيا التقشير لم يغير إنتاج المواد النانوية فحسب، بل أثر أيضًا على تطبيق المواد المقابلة، مما أدى إلى توسيع تطبيقاتها في العلوم والطب والصناعة. ويجعل هذا التنوع والقدرة على التكيف من التقشير تقنية أساسية في أبحاث المواد المتطورة والصناعات المختلفة. مع استمرار التقدم التكنولوجي، لا يسعنا إلا أن نسأل: ما هي الصناعات التي سوف تتغير بفعل علوم المواد المستقبلية بسبب تكنولوجيا التجريد؟
