Language
Country/Area
No result found
أكسيد الجرافيت المذهل: لماذا يمكن أن يتحول إلى مادة قوية تشبه الورق؟
أكسيد الجرافيت (GO) هو مركب يتكون من الكربون والأكسجين والهيدروجين بنسب مختلفة، وعادة ما يتم تحضيره عن طريق معالجة الجرافيت بمؤكسدات وأحماض قوية. هذه المادة ملفتة للنظر بشكل خاص لأنها تحتفظ ببنية طبقات الجرافيت ولكنها تحتوي أيضًا على مسافات كبيرة غير منتظمة، مما يجعلها ذات قيمة محتملة في تطبيقات متعددة.
أقصى منتج أكسدة لأكسيد الجرافيت هو مادة صلبة صفراء مع نسبة كربون إلى أكسجين تتراوح بين 2.1 و2.9.
تم تحضير أكسيد الجرافيت لأول مرة في عام 1859 بواسطة بنجامين سي. برودي، وهو كيميائي في جامعة أكسفورد، في عملية تضمنت خلط الجرافيت مع حمض النيتريك وحمض كلوريك البوتاسيوم. بعد ذلك، في عام 1957، طور هامرز وأوفرمان طريقة هامرز أكثر أمانًا وسرعة وكفاءة، والتي لم تحسن عملية التخليق فحسب، بل أدت أيضًا إلى زيادة العائد بشكل كبير.
مع التوسع التدريجي في استخدام أكسيد الجرافيت، أصبح لدى الباحثين فهم أعمق لبنيته وخصائصه. يحتوي أكسيد الجرافيت على ضعف المسافة البينية بين الطبقات الموجودة في الجرافيت (حوالي 0.7 نانومتر)، مما يعني أن لديه إمكانية أكبر لتكوينه في مواد جديدة. تظهر الأبحاث أن طرق التصنيع المختلفة تؤدي إلى أنواع مختلفة من أكاسيد الجرافيت، والتي تعتمد خصائصها على درجة الأكسدة.
يُظهر أكسيد الجرافيت الذي تم الحصول عليه للتو قابلية رطوبة قوية وقادر على امتصاص الماء، وبالتالي يزيد بشكل كبير من التباعد بين طبقاته.
خصائص وتطبيقات أكسيد الجرافيت
يتمتع أكسيد الجرافيت بقابلية رطوبة ممتازة ويمكن أن يظهر على السطح بالكامل عند غمره في مجموعة متنوعة من المذيبات القطبية، مما يجعله ميزة لا يمكن الاستغناء عنها في تحضير المواد الغشائية والمواد المركبة. وخاصة في مجتمع معالجة المياه، يعتبر أكسيد الجرافيت حلا واعدا.
تظهر الأبحاث أن أغشية أكسيد الجرافيت يمكنها تصفية جزيئات الماء بشكل فعال مع منع بعض الأيونات الأكبر حجمًا.
على سبيل المثال، أعلنت شركة لوكهيد مارتن عن تقنية الترشيح المبتكرة، بيرفورين، زاعمة أن الفلتر أرق 500 مرة وأقوى 1000 مرة من أفضل المرشحات التي تم إصدارها حاليًا، مما يقلل بشكل كبير من خطر التناضح العكسي وتقليص استهلاك الطاقة.
بالإضافة إلى معالجة المياه، يُظهر أكسيد الجرافيت أيضًا إمكانية إنشاء مواد غير خطية بصريًا. إن قدرته على تنظيم الخصائص البصرية تجعله ذا قيمة تطبيقية كبيرة في مجالات تطبيقات الليزر والاتصالات البصرية. ولاحظ الباحثون أنه من خلال تغيير محتوى الأكسجين، يمكن ضبط الخصائص الإلكترونية والبصرية لأكسيد الجرافيت بدقة.
كيفية صنع مواد قوية تشبه الورق
يمكن تقييم أكسيد الجرافيت من خلال عملية تشتت بسيطة، والتي يمكن استخدامها كمادة قوية تشبه الورق. يتم امتصاص أكسيد الجرافيت عالي التشتت في وسط مائي ثم يتم تجفيفه، مما يؤدي في النهاية إلى الحصول على ورق أكسيد الجرافيت بقوة مذهلة. لا يمكن لهذه المادة أن تحل محل استخدام الورق التقليدي فحسب، بل يمكن استخدامها أيضًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية، مما يظهر خصائص متجددة جيدة.
أثبتت العديد من الدراسات أن ورق أكسيد الجرافيت يتفوق على العديد من المواد التقليدية من حيث القوة والمرونة.
باختصار، تنبع إمكانات أكسيد الجرافيت من خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة، مما يوضح آفاق تطبيقه الاستثنائية سواء في معالجة المياه أو استكشاف علوم المواد. لذا، بما أن أكسيد الجرافيت يستخدم على نطاق واسع، فكيف سيغير استخدامنا واحتياجاتنا المستقبلية للمواد؟
