التحضير والتطبيق العملي للجرافيت الموسع

الجرافيت المتمدد، المعروف أيضًا باسم الجرافيت المرن أو الجرافيت الدودي، هو نوع جديد من مواد الكربون. يتميز الجرافيت المتمدد بمزايا عديدة، منها مساحة سطحية نوعية كبيرة، ونشاط سطحي عالي، وثبات كيميائي جيد، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة. طريقة تحضير الجرافيت المتمدد الشائعة هي استخدام رقائق الجرافيت الطبيعية كمادة، أولًا لإنتاج جرافيت قابل للتمدد من خلال عملية أكسدة، ثم تمدده إلى جرافيت متمدد. يشرح محررو مجلة "فورويت جرافيت" التاليون طريقة تحضير الجرافيت المتمدد وتطبيقاته العملية:
1. طريقة تحضير الجرافيت المتمدد
يستخدم معظم الجرافيت المتمدد الأكسدة الكيميائية والأكسدة الكهروكيميائية. تتميز طريقة الأكسدة الكيميائية التقليدية بسهولة المعالجة وثبات الجودة، إلا أنها تواجه بعض المشاكل، مثل هدر المحلول الحمضي وارتفاع نسبة الكبريت في المنتج. أما الطريقة الكهروكيميائية، فلا تستخدم مؤكسدًا، ويمكن إعادة تدوير المحلول الحمضي واستخدامه مرات عديدة، مع انخفاض التلوث البيئي وانخفاض التكلفة، إلا أن العائد منخفض، ومتطلبات مواد الأقطاب الكهربائية مرتفعة نسبيًا. حاليًا، يقتصر هذا على الأبحاث المختبرية. باستثناء طرق الأكسدة المختلفة، فإن المعالجات اللاحقة، مثل إزالة الحموضة والغسيل بالماء والتجفيف، هي نفسها في هاتين الطريقتين. من بينها، تُعد طريقة الأكسدة الكيميائية الأكثر استخدامًا حتى الآن، وتقنيتها متطورة، وقد تم الترويج لها وتطبيقها 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 بسبب خصائصها العديدة الممتازة.
2. استخدام المواد العسكرية
إن سحق الجرافيت الموسع إلى مسحوق دقيق له خصائص تشتت وامتصاص قوية للموجات تحت الحمراء، كما أن تحويل مسحوقه الدقيق إلى مادة حماية ممتازة للأشعة تحت الحمراء يلعب دورًا مهمًا في المواجهة البصرية الإلكترونية في الحرب الحديثة.
3. استخدام مواد حماية البيئة
نظرًا لأن الجرافيت الموسع يتميز بكثافة منخفضة، وغير سام، وغير ملوث، وسهل التعامل معه، وما إلى ذلك، كما يتميز بامتصاص ممتاز، فإنه يتمتع بمجموعة واسعة من التطبيقات في مجال حماية البيئة.
4. المواد الطبية الحيوية
تتميز مواد الكربون بتوافقها الممتاز مع جسم الإنسان، وهي مادة طبية حيوية جيدة. وباعتبارها نوعًا جديدًا من مواد الكربون، تتميز مواد الجرافيت المتمددة بخصائص امتصاص ممتازة للجزيئات العضوية والبيولوجية، وتوافق حيوي جيد. كما أنها غير سامة، ولا طعم لها، ولا تسبب آثارًا جانبية، ولها تطبيقات واسعة في المواد الطبية الحيوية.
يمكن لمادة الجرافيت المتمددة أن تتمدد بسرعة من 150 إلى 300 مرة في الحجم عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، وتتحول من شكل الرقائق إلى شكل الدودة، مما ينتج عنه بنية فضفاضة، مسامية ومنحنية، ومساحة سطح أكبر، وطاقة سطحية محسنة، وقدرة مُحسّنة على امتصاص الجرافيت الرقائقي. يمكن تركيب الجرافيت الدودة ذاتيًا، مما يجعلها تتميز بوظائف مقاومة اللهب، والعزل، والامتصاص، وغيرها، ولها تطبيقات واسعة في مجالات الحياة، والعسكرية، وحماية البيئة، والصناعات الكيميائية.