ما هو الجرافين؟ مادة سحرية مذهلة

في السنوات الأخيرة، حظيت مادة الجرافين الفائقة باهتمام كبير. ولكن ما هو الجرافين؟ حسنًا، تخيّل مادة أقوى من الفولاذ بمئتي مرة، وأخف من الورق بألف مرة.
في عام ٢٠٠٤، قام عالمان من جامعة مانشستر، أندريه جيم وكونستانتين نوفوسيلوف، بتجربة الجرافيت. نعم، نفس المادة التي تجدها على رأس قلم رصاص. كانا مهتمين بهذه المادة، وأرادا معرفة ما إذا كان يمكن إزالتها بطبقة واحدة. لذلك، وجدا أداة غير عادية: شريط لاصق.
أوضح هايم لبي بي سي: "تضع الشريط اللاصق فوق الجرافيت أو الميكا، ثم تقشر الطبقة العلوية". تتطاير رقائق الجرافيت عن الشريط اللاصق. ثم تُطوى الشريط من المنتصف وتُلصقه بالطبقة العلوية، ثم تُفصلهما مرة أخرى. ثم تُكرر هذه العملية من 10 إلى 20 مرة.
في كل مرة، تتفتت الرقائق إلى رقائق أرق فأرق. في النهاية، تبقى رقائق رقيقة جدًا على الحزام. تُذيب الشريط، ويذوب كل شيء.
من المثير للدهشة أن طريقة الشريط اللاصق حققت نتائج مذهلة. أدت هذه التجربة الشيقة إلى اكتشاف رقائق الجرافين أحادية الطبقة.
في عام 2010، حصل هايم ونوفوسيلوف على جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافهما الجرافين، وهي مادة تتكون من ذرات الكربون مرتبة في شبكة سداسية الشكل، تشبه سلك الدجاج.
من أهم أسباب روعة الجرافين بنيته. تظهر طبقة واحدة من الجرافين النقي كطبقة من ذرات الكربون مرتبة في بنية شبكية سداسية. يمنح هذا الهيكل الشبيه بقرص العسل الذري الجرافين قوته المذهلة.
يُعد الجرافين أيضًا مادةً فائقةً في مجال الكهرباء. ففي درجة حرارة الغرفة، يكون موصلًا أفضل للكهرباء من أي مادة أخرى.
هل تذكرون ذرات الكربون التي ناقشناها؟ حسنًا، لكلٍّ منها إلكترون إضافي يُسمى إلكترون باي. يتحرك هذا الإلكترون بحرية، مما يسمح له بتوصيل الكهرباء عبر طبقات متعددة من الجرافين بمقاومة ضئيلة.
اكتشفت الأبحاث الحديثة في الجرافين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) شيئًا سحريًا تقريبًا: عندما تقوم بتدوير طبقتين من الجرافين قليلاً (1.1 درجة فقط) خارج محاذاتها، يصبح الجرافين موصلًا فائقًا.
وهذا يعني أنه يمكنه توصيل الكهرباء دون مقاومة أو حرارة، مما يفتح إمكانيات مثيرة للتوصيل الفائق في المستقبل عند درجة حرارة الغرفة.
من أكثر تطبيقات الجرافين ترقبًا استخدامه في البطاريات. فبفضل موصليته الفائقة، يُمكننا إنتاج بطاريات جرافين تُشحن أسرع وتدوم لفترة أطول من بطاريات الليثيوم أيون الحديثة.
وقد اتخذت بعض الشركات الكبرى مثل سامسونج وهواوي هذا المسار بالفعل، بهدف إدخال هذه التطورات في أدواتنا اليومية.
صرحت أندريا فيراري، مديرة مركز كامبريدج للجرافين والباحثة في مبادرة "جرافين فلاجشيب"، وهي مبادرة تديرها شركة "يوروبيان جرافين": "بحلول عام ٢٠٢٤، نتوقع طرح مجموعة متنوعة من منتجات الجرافين في السوق". وتستثمر الشركة مليار يورو في مشاريع مشتركة. ويُسرّع هذا التحالف تطوير تقنية الجرافين.
يعمل شركاء فلاجشيب البحثيون بالفعل على تطوير بطاريات جرافين توفر سعة أكبر بنسبة 20% وطاقة أكبر بنسبة 15% من أفضل بطاريات الطاقة العالية الحالية. كما طورت فرق أخرى خلايا شمسية مصنوعة من الجرافين، تتميز بكفاءة أعلى بنسبة 20% في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
في حين أن هناك بعض المنتجات المبكرة التي استفادت من إمكانات 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 الحقائق وتحريرها بواسطة محرري HowStuffWorks.
استخدمت شركة Head، المُصنّعة للمعدات الرياضية، هذه المادة الرائعة. ويُزعم أن مضرب التنس Graphene XT أخف وزنًا بنسبة 20% بنفس الوزن. إنها تقنية ثورية حقًا!
`;t.byline_authors_html&&(e+=`المصدر:${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