سيناريوهات استخدام الجرافيت القابل للتمدد
1. تُخلط مادة منع التسرب مع الجرافيت عالي الكربون وحمض الكبريتيك المركز وحمض النيتريك للمعالجة الحمضية، ثم تُعالج حراريًا، وبعد ذلك تُضغط وتُشكّل. يُعدّ الجرافيت المرن المُحضّر مادة منع تسرب جديدة عالية الأداء، وهو نوع من المواد النانوية التي تُنمّى في الموقع. بالمقارنة مع مطاط الأسبستوس ومواد منع التسرب التقليدية الأخرى، يتميز الجرافيت المرن بقابلية انضغاط جيدة، ومرونة عالية، وقدرة على الالتصاق الذاتي، وكثافة منخفضة، وغيرها من الخصائص الممتازة، ويمكن استخدامه في درجات حرارة عالية، وظروف تشغيل قاسية أخرى لفترات طويلة. تُستخدم ألواح الجرافيت ومكونات منع التسرب المصنوعة منه على نطاق واسع في صناعات الطيران والفضاء، والآلات، والإلكترونيات، والطاقة النووية، والبتروكيماويات، والطاقة الكهربائية، وبناء السفن، والصهر، وغيرها. نظرًا لخصائصه الممتازة الأخرى، مثل خفة الوزن، والتوصيل الحراري، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل الحمضي والقلوي، والمرونة الجيدة، والتشحيم، واللدونة، والاستقرار الكيميائي، يُعرف الجرافيت المرن بـ"ملك منع التسرب" في العالم.
2. يتميز الجرافيت القابل للتمدد، الذي يتم الحصول عليه عن طريق التمدد بدرجة حرارة عالية في مجال حماية البيئة، ببنية مسامية غنية وأداء امتصاص ممتاز، مما يجعله واسع الاستخدام في حماية البيئة والطب الحيوي. وتنقسم البنية المسامية للجرافيت القابل للتمدد إلى نوعين: المسام المفتوحة والمسام المغلقة. تبلغ نسبة المسام في الجرافيت القابل للتمدد حوالي 98%، وتتكون في الغالب من مسام كبيرة يتراوح حجمها بين 1 و10.3 نانومتر. ونظرًا لكونه مادة ذات مسام كبيرة ومتوسطة في الغالب، فإن خصائص امتصاصه تختلف عن الكربون المنشط والمواد الأخرى ذات المسام الدقيقة. وهو مناسب للامتصاص في الطور السائل، ولكنه غير مناسب للامتصاص في الطور الغازي. يتميز الجرافيت القابل للتمدد بخاصية محبة الزيت وكراهية الماء في الطور السائل. يستطيع غرام واحد من الجرافيت القابل للتمدد امتصاص أكثر من 80 غرامًا من الزيت الثقيل، مما يجعله مادة واعدة لحماية البيئة وتنظيف التلوث النفطي على سطح الماء. في معالجة مياه الصرف الصحي للمنشآت الكيميائية، تُستخدم الكائنات الدقيقة (البكتيريا) بشكل شائع. يُعد الجرافيت القابل للتمدد ناقلًا ميكروبيًا جيدًا، خاصة في معالجة المياه الملوثة بالجزيئات العضوية الكبيرة الناتجة عن الزيت. وبفضل استقراره الكيميائي الجيد وإمكانية إعادة استخدامه، يتمتع الجرافيت القابل للتمدد بآفاق تطبيقية واعدة.
3- الطب نظرًا لأن الجرافيت القابل للتمدد يتمتع بخصائص امتصاص الجزيئات العضوية والبيولوجية الكبيرة، فإنه يتمتع بنطاق واسع من آفاق التطبيق في المواد الطبية الحيوية.
4- تُستخدم مادة الجرافيت المتمدد كمادة أساسية في البطاريات عالية الطاقة، حيث يتم تحويل الطاقة الحرة إلى طاقة كهربائية من خلال تفاعل طبقة الجرافيت المتمدد. عادةً ما يُستخدم الجرافيت المتمدد ككاثود، والليثيوم كأنود، أو مركب الجرافيت المتمدد مع أكسيد الفضة ككاثود، والزنك كأنود. وقد استُخدمت في البطاريات مواد أخرى مثل حبر فلوريد الأحفوري، وحمض الجرافيت، والجرافيت المتمدد المصنوع من هاليدات المعادن مثل AuCl3 وTiF4.
5، مثبطات اللهب
نظرًا لقابلية الجرافيت القابل للتمدد ومقاومته العالية للحرارة، يُعدّ مادة مانعة للتسرب ممتازة، ويُستخدم على نطاق واسع في شرائط منع التسرب المقاومة للحريق. يتوفر الجرافيت القابل للتمدد بنوعين رئيسيين: الأول هو مزج مواد الجرافيت والمطاط مع مواد مثبطة للهب غير عضوية، ومسرعات، وعوامل فلكنة، وعوامل تقوية، ومواد مالئة، ثم فلكنة وتشكيل، ليُصنع منه شريط مطاطي مانع للتسرب بمواصفات مختلفة، ويُستخدم بشكل أساسي في أبواب ونوافذ مقاومة للحريق وغيرها. يمنع هذا الشريط تدفق الدخان تمامًا في درجة حرارة الغرفة وفي حالة الحريق. أما النوع الثاني، فهو شريط من الألياف الزجاجية كحامل، حيث يُلصق الجرافيت القابل للتمدد بمادة رابطة. تعمل قوة القص الناتجة عن المادة اللاصقة المتكونة عند درجات حرارة عالية على منع انزلاق الجرافيت بفعالية. يُستخدم هذا النوع بشكل أساسي في أبواب مقاومة للحريق، ولكنه لا يمنع تدفق غازات الاحتراق الباردة بفعالية في درجة حرارة الغرفة أو درجات الحرارة المنخفضة، لذا يجب استخدامه مع مواد مانعة للتسرب مناسبة لدرجة حرارة الغرفة.
يُعدّ الجرافيت القابل للتمدد والمثبط للهب مادةً فعّالةً لمقاومة اللهب في المواد البلاستيكية، فهو غير سامّ ولا يُسبّب التلوث. ويُمكنه تحقيق تأثير مثالي في مقاومة اللهب سواءً استُخدم بمفرده أو ممزوجًا بمثبطات لهب أخرى. ويُمكن للجرافيت القابل للتمدد تحقيق نفس التأثير بكمية أقل بكثير من مثبطات اللهب العادية. وتتلخص آلية عمله في أنه عند درجات الحرارة العالية، يتمدد الجرافيت بسرعة، مما يُؤدي إلى خنق اللهب، وتُغطّي مادة التمدد الناتجة سطح المادة الأساسية، معزولةً عن الإشعاع الحراري وتلامس الأكسجين. كما تُطلق الجذور الحمضية الموجودة في الطبقة البينية أثناء التمدد، مما يُعزّز تكربن المادة الأساسية، وبالتالي تحقيق نتائج جيدة من خلال طرق مختلفة لمقاومة اللهب.
حقيبة مقاومة للحريق، مادة بلاستيكية مقاومة للحريق، حلقة مقاومة للحريق، نظرًا لأن الجرافيت القابل للتمدد في درجات الحرارة العالية لديه القدرة على مقاومة التلف وله معدل تمدد عالٍ، يمكن استخدامه كحقيبة مقاومة للحريق، مادة بلاستيكية مقاومة للحريق، مكونات حلقة مقاومة للحريق في مادة مثبطة للهب فعالة للتمدد، تستخدم في إحكام إغلاق المباني ضد الحريق (مثل: إحكام إغلاق أنابيب البناء، والكابلات، والأسلاك، والغاز، وأنابيب الغاز، وأنابيب الهواء من خلال الفتحات وغيرها من المناسبات).
يمكن إضافة جزيئات دقيقة من الجرافيت القابل للتمدد إلى الطلاءات العادية لإنتاج طلاءات أفضل مقاومة للهب والكهرباء الساكنة، وتحسين مقاومتها لدرجات الحرارة العالية والحريق. تُسهم طبقة الكربون الخفيفة غير القابلة للاحتراق، المتكونة بكميات كبيرة أثناء الحريق، في حجب الإشعاع الحراري عن الركيزة وحمايتها بفعالية. إضافةً إلى ذلك، ولأن الجرافيت موصل جيد للكهرباء، فإن الطلاء يمنع تراكم الشحنات الكهروستاتيكية، ويُستخدم في خزانات تخزين النفط، لتحقيق فائدة مزدوجة تتمثل في الوقاية من الحريق وتفريغ الشحنات الساكنة.
لوح مقاوم للحريق، ورق مقاوم للحريق والتآكل ودرجات الحرارة العالية: يتكون من قاعدة معدنية مبطنة بطبقة من الجرافيت القابل للتمدد، تتخللها طبقة لاصقة كربونية بين طبقة الجرافيت والقاعدة المعدنية، وتُغطى طبقة الجرافيت بطبقة واقية كربونية. يتميز هذا اللوح بمقاومته للتآكل ودرجات الحرارة والضغط العاليين، كما يمكن استخدامه بكفاءة في درجات الحرارة المنخفضة. لا يتأثر بالتسخين أو التبريد السريع، ويتمتع بمعامل توصيل حراري ممتاز. تتراوح درجة حرارة التشغيل بين -100 و2000 درجة مئوية. يتميز بنطاق استخدام واسع، وسهولة التصنيع، وانخفاض التكلفة. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم ورق الجرافيت المضغوط والمتمدد عند درجات حرارة عالية في عزل الحرائق.
