ما هو الجرافين؟ مادة سحرية مذهلة

في السنوات الأخيرة، حظيت مادة الجرافين باهتمام كبير. ولكن ما هو الجرافين؟ تخيل مادة أقوى من الفولاذ بمئتي ضعف، وأخف من الورق بألف ضعف.
في عام ٢٠٠٤، قام عالمان من جامعة مانشستر، أندريه جيم وكونستانتين نوفوسيلوف، بتجربة الجرافيت. نعم، نفس المادة الموجودة على رأس قلم الرصاص. انتابهما الفضول حيال هذه المادة، وأرادا معرفة ما إذا كان بالإمكان إزالتها بطبقة واحدة. فاستخدما أداة غير مألوفة: شريط لاصق.
أوضح هايم لبي بي سي: "تضع الشريط اللاصق فوق الجرافيت أو الميكا، ثم تنزع الطبقة العلوية". فتتطاير رقائق الجرافيت من الشريط. بعد ذلك، اطوِ الشريط إلى نصفين وألصقه بالطبقة العلوية، ثم افصلهما مرة أخرى. ثم كرر هذه العملية من 10 إلى 20 مرة.
"في كل مرة تتفتت الرقائق إلى رقائق أرق فأرق. في النهاية، تبقى رقائق رقيقة جدًا على الحزام. تقوم بإذابة الشريط وكل شيء يذوب."
والمثير للدهشة أن طريقة الشريط اللاصق حققت نتائج مذهلة. وقد أدت هذه التجربة المثيرة للاهتمام إلى اكتشاف رقائق الجرافين أحادية الطبقة.
في عام 2010، حصل هايم ونوفوسيلوف على جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافهما مادة الجرافين، وهي مادة تتكون من ذرات الكربون المرتبة في شبكة سداسية، تشبه شبكة سلك الدجاج.
أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الجرافين مذهلاً للغاية هو بنيته. تتكون طبقة واحدة من الجرافين النقي من ذرات الكربون مرتبة في بنية شبكية سداسية. هذه البنية الشبيهة بخلية النحل على المستوى الذري هي التي تمنح الجرافين قوته الهائلة.
يُعد الجرافين أيضاً مادة فائقة في مجال الكهرباء. ففي درجة حرارة الغرفة، يُوصل الكهرباء بشكل أفضل من أي مادة أخرى.
هل تذكرون ذرات الكربون التي تحدثنا عنها؟ حسناً، كل ذرة منها تحتوي على إلكترون إضافي يُسمى إلكترون باي. يتحرك هذا الإلكترون بحرية، مما يسمح له بتوصيل التيار الكهربائي عبر طبقات متعددة من الجرافين بمقاومة ضئيلة.
كشفت الأبحاث الحديثة التي أجريت على الجرافين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) عن شيء أشبه بالسحر: عندما تقوم بتدوير طبقتين من الجرافين بشكل طفيف (1.1 درجة فقط) خارج المحاذاة، يصبح الجرافين موصلاً فائقاً.
وهذا يعني أنه يمكنه توصيل الكهرباء دون مقاومة أو حرارة، مما يفتح آفاقًا مثيرة للموصلية الفائقة في المستقبل عند درجة حرارة الغرفة.
يُعدّ استخدام الجرافين في البطاريات من أكثر التطبيقات المرتقبة. فبفضل موصليته الفائقة، يُمكننا إنتاج بطاريات جرافين تشحن أسرع وتدوم لفترة أطول من بطاريات الليثيوم أيون الحديثة.
لقد سلكت بعض الشركات الكبيرة مثل سامسونج وهواوي هذا المسار بالفعل، بهدف إدخال هذه التطورات في أجهزتنا اليومية.
قال أندريا فيراري، مدير مركز كامبريدج للجرافين والباحث في مبادرة "جرافين فلاجشيب" التابعة لشركة "يوروبيان جرافين": "نتوقع بحلول عام 2024 طرح مجموعة من منتجات الجرافين في السوق". وتستثمر الشركة مليار يورو في مشاريع مشتركة، مما يُسهم في تسريع تطوير تقنية الجرافين.
يعمل شركاء البحث في مشروع فلاجشيب حاليًا على تطوير بطاريات من الجرافين توفر سعة أكبر بنسبة 20% وطاقة أكبر بنسبة 15% مقارنةً بأفضل بطاريات الطاقة العالية المتوفرة اليوم. كما طورت فرق بحثية أخرى خلايا شمسية قائمة على الجرافين تتميز بكفاءة أعلى بنسبة 20% في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
رغم وجود بعض المنتجات المبكرة التي استغلت إمكانيات الجرافين، مثل معدات هيد الرياضية، إلا أن الأفضل لم يأتِ بعد. وكما أشار فيراري: "نتحدث عن الجرافين، لكننا في الواقع نتحدث عن عدد كبير من الخيارات قيد الدراسة. الأمور تسير في الاتجاه الصحيح".
تم تحديث هذه المقالة باستخدام تقنية الذكاء الاصطناعي، وتم التحقق من صحتها وتحريرها بواسطة محرري موقع HowStuffWorks.
استخدمت شركة Head، المتخصصة في تصنيع المعدات الرياضية، هذه المادة المذهلة. وتزعم الشركة أن مضرب التنس Graphene XT الخاص بها أخف بنسبة 20% مع الحفاظ على نفس الوزن. إنها حقاً تقنية ثورية!
`;t.byline_authors_html&&(e+=`المؤلف: ${t.byline_authors_html}`),t.byline_authors_html&&t.byline_date_html&&(e+=” | “),t.byline_date_html&&(e+=t.byline_date_html);var i=t.body_html .replaceAll('”pt','”pt'+t.id+”_”); return e+=`\n\t\t\t\t