تحضير وتطبيق الجرافيت الموسع عملياً

الجرافيت الموسع، المعروف أيضًا بالجرافيت المرن أو الجرافيت الدودي، هو نوع جديد من مواد الكربون. يتميز الجرافيت الموسع بالعديد من المزايا، منها مساحة سطحية نوعية كبيرة، ونشاط سطحي عالٍ، وثبات كيميائي جيد، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة. تعتمد عملية تحضير الجرافيت الموسع الشائعة على استخدام الجرافيت الطبيعي الرقائقي كمادة خام، حيث يتم أولًا توليد الجرافيت القابل للتمدد من خلال عملية أكسدة، ثم يتم توسيعه ليصبح جرافيتًا موسعًا. فيما يلي شرح من محرري مجلة "Furuite Graphite" حول تحضير الجرافيت الموسع وتطبيقاته العملية:
1. طريقة تحضير الجرافيت الموسع
تعتمد معظم عمليات إنتاج الجرافيت الموسع على الأكسدة الكيميائية والأكسدة الكهروكيميائية. تتميز طريقة الأكسدة الكيميائية التقليدية ببساطة العملية وثبات الجودة، إلا أنها تعاني من مشاكل مثل هدر المحلول الحمضي وارتفاع نسبة الكبريت في المنتج النهائي. أما الطريقة الكهروكيميائية، فلا تستخدم أي مؤكسد، ويمكن إعادة تدوير المحلول الحمضي وإعادة استخدامه مرات عديدة، مما يقلل من التلوث البيئي ويخفض التكلفة، إلا أن إنتاجيتها منخفضة، كما أن متطلبات مواد الأقطاب الكهربائية عالية نسبيًا. وهي حاليًا مقتصرة على الأبحاث المخبرية. وباستثناء اختلاف طرق الأكسدة، فإن عمليات المعالجة اللاحقة، مثل إزالة الحموضة والغسل بالماء والتجفيف، متشابهة في كلتا الطريقتين. وتُعد طريقة الأكسدة الكيميائية الأكثر استخدامًا حتى الآن، إذ أن تقنيتها ناضجة ومُطبقة على نطاق واسع في الصناعة.
2. مجالات التطبيق العملي للجرافيت الموسع
1. استخدام المواد الطبية
يمكن للضمادات الطبية المصنوعة من الجرافيت الموسع أن تحل محل معظم الشاش التقليدي نظراً لخصائصها الممتازة العديدة.
2. استخدام المواد العسكرية
إن طحن الجرافيت الموسع إلى مسحوق دقيق له خصائص تشتت وامتصاص قوية للأشعة تحت الحمراء، وتحويل هذا المسحوق الدقيق إلى مادة ممتازة للتدريع بالأشعة تحت الحمراء يلعب دورًا مهمًا في المواجهة الكهروضوئية في الحروب الحديثة.
3. تطبيق مواد حماية البيئة
نظراً لأن الجرافيت الموسع يتميز بخصائص الكثافة المنخفضة، وعدم السمية، وعدم التلوث، وسهولة التعامل معه، وما إلى ذلك، فضلاً عن قدرته الممتازة على الامتصاص، فإنه يتمتع بمجموعة واسعة من التطبيقات في مجال حماية البيئة.
4. المواد الطبية الحيوية
تتميز المواد الكربونية بتوافقها الممتاز مع جسم الإنسان، مما يجعلها مادةً حيويةً طبيةً واعدة. وباعتبارها نوعًا جديدًا من المواد الكربونية، تتمتع مواد الجرافيت الموسع بخصائص امتصاص ممتازة للجزيئات العضوية والبيولوجية الكبيرة، فضلًا عن توافقها الحيوي الجيد. كما أنها غير سامة، عديمة الطعم، ولا تسبب أي آثار جانبية، ما يفتح أمامها آفاقًا واسعةً للتطبيقات في مجال المواد الحيوية الطبية.
تتمدد مادة الجرافيت الموسع فورًا بمقدار 150 إلى 300 ضعف حجمها عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، متحولةً من شكل رقائقي إلى شكل دودي، مما ينتج عنه بنية فضفاضة مسامية ومنحنية، ومساحة سطحية أكبر، وطاقة سطحية محسّنة، وقدرة معززة على امتصاص الجرافيت الرقائقي. يتميز الجرافيت الدودي بقدرته على التكيف الذاتي، مما يمنح المادة خصائص مقاومة اللهب، والعزل، والامتصاص، وغيرها، ويفتح لها آفاقًا واسعة في مجالات الحياة، والمجالات العسكرية، وحماية البيئة، والصناعات الكيميائية.