طريقة الأكسدة الكيميائية هي طريقة تقليدية لتحضير الجرافيت القابل للتمدد. في هذه الطريقة، يُخلط الجرافيت الطبيعي المتقشر مع مؤكسد مناسب وعامل تداخل، ويُضبط عند درجة حرارة معينة، ويُحرك باستمرار، ثم يُغسل ويُرشح ويُجفف للحصول على جرافيت قابل للتمدد. أصبحت طريقة الأكسدة الكيميائية طريقة متطورة نسبيًا في الصناعة بفضل مزاياها المتمثلة في بساطة المعدات وسهولة التشغيل وانخفاض التكلفة.
تتضمن خطوات عملية الأكسدة الكيميائية الأكسدة والتداخل. أكسدة الجرافيت هي الشرط الأساسي لتكوين الجرافيت القابل للتمدد، لأن ما إذا كان يمكن أن يستمر تفاعل التداخل بسلاسة يعتمد على درجة الفتح بين طبقات الجرافيت. والجرافيت الطبيعي في درجة حرارة الغرفة يتمتع بثبات ممتاز ومقاومة للأحماض والقلويات، لذلك لا يتفاعل مع الأحماض والقلويات، وبالتالي، أصبحت إضافة المؤكسد مكونًا أساسيًا ضروريًا في الأكسدة الكيميائية.
هناك أنواع عديدة من المؤكسدات، والمؤكسدات المستخدمة عمومًا هي مؤكسدات صلبة (مثل برمنجنات البوتاسيوم، وثنائي كرومات البوتاسيوم، وثلاثي أكسيد الكروم، وكلورات البوتاسيوم، إلخ)، كما يمكن أن تكون مؤكسدات سائلة مؤكسدة (مثل بيروكسيد الهيدروجين، وحمض النيتريك، إلخ). في السنوات الأخيرة، تبيّن أن برمنجنات البوتاسيوم هو المؤكسد الرئيسي المستخدم في تحضير الجرافيت القابل للتمدد.
تحت تأثير المؤكسد، يتأكسد الجرافيت، وتصبح جزيئات الشبكة المتعادلة في طبقة الجرافيت جزيئات كبيرة مستوية ذات شحنة موجبة. وبسبب التأثير التنافري للشحنة الموجبة نفسها، تزداد المسافة بين طبقات الجرافيت، مما يوفر قناةً ومساحةً لدخول المُقحم بسلاسة إلى طبقة الجرافيت. في عملية تحضير الجرافيت القابل للتمدد، يكون عامل التداخل الحمضي بشكل رئيسي. في السنوات الأخيرة، يستخدم الباحثون بشكل رئيسي أحماض الكبريتيك، والنيتريك، والفوسفوريك، والبيركلوريك، والأحماض المختلطة، وحمض الأسيتيك الجليدي.
الطريقة الكهروكيميائية هي في تيار مستمر، مع المحلول المائي للجزء كإلكتروليت، والجرافيت والمواد المعدنية (مادة الفولاذ المقاوم للصدأ، لوحة البلاتين، لوحة الرصاص، لوحة التيتانيوم، إلخ) تشكل أنودًا مركبًا، والمواد المعدنية المدرجة في الإلكتروليت ككاثود، وتشكل حلقة مغلقة؛ أو الجرافيت المعلق في الإلكتروليت، في الإلكتروليت في نفس الوقت المدرجة في لوحة السالب والموجب، من خلال القطبين يتم تنشيط طريقة الأكسدة الأنودية. يتأكسد سطح الجرافيت إلى كاربوكاتيون. في الوقت نفسه، تحت التأثير المشترك للجذب الكهروستاتيكي وانتشار فرق التركيز، يتم تضمين أيونات الحمض أو أيونات قطبية أخرى بين طبقات الجرافيت لتشكيل الجرافيت القابل للتمدد.
بالمقارنة مع طريقة الأكسدة الكيميائية، فإن الطريقة الكهروكيميائية لإعداد الجرافيت القابل للتمدد في العملية بأكملها دون استخدام المؤكسد، وكمية المعالجة كبيرة، والكمية المتبقية من المواد المسببة للتآكل صغيرة، ويمكن إعادة تدوير المنحل بالكهرباء بعد التفاعل، ويتم تقليل كمية الحمض، ويتم توفير التكلفة، وتقليل التلوث البيئي، وانخفاض الضرر الذي يلحق بالمعدات، وإطالة عمر الخدمة. في السنوات الأخيرة، أصبحت الطريقة الكهروكيميائية تدريجيا الطريقة المفضلة لإعداد الجرافيت القابل للتمدد من قبل العديد من الشركات مع العديد من المزايا.
طريقة انتشار الطور الغازي هي إنتاج الجرافيت القابل للتمدد عن طريق ملامسة المتداخل مع الجرافيت في شكل غازي وتفاعل التداخل. بشكل عام، يتم وضع الجرافيت والمدخل في كلا طرفي مفاعل الزجاج المقاوم للحرارة، ويتم ضخ الفراغ وإغلاقه، لذلك تُعرف أيضًا باسم طريقة الغرفتين. غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة لتصنيع الهاليد -EG والمعادن القلوية -EG في الصناعة.
المزايا: يمكن التحكم في بنية وترتيب المفاعل، ويمكن فصل المتفاعلات والمنتجات بسهولة.
العيوب: جهاز التفاعل أكثر تعقيدًا، والتشغيل أكثر صعوبة، وبالتالي فإن الناتج محدود، ويجب تنفيذ التفاعل في ظل ظروف درجات الحرارة العالية، والوقت أطول، وظروف التفاعل عالية جدًا، ويجب أن تكون بيئة التحضير فراغًا، وبالتالي فإن تكلفة الإنتاج مرتفعة نسبيًا، وغير مناسبة لتطبيقات الإنتاج واسعة النطاق.
طريقة الطور السائل المختلط هي خلط المادة المُدخلة مباشرةً مع الجرافيت، تحت حماية حركة الغاز الخامل أو نظام الختم لتفاعل التسخين لتحضير جرافيت قابل للتمدد. تُستخدم هذه الطريقة عادةً في تخليق مركبات بين الصفائح من الفلزات القلوية والجرافيت (GICs).
المزايا: عملية التفاعل بسيطة، وسرعة التفاعل سريعة، عن طريق تغيير نسبة المواد الخام الجرافيت والإدخالات يمكن الوصول إلى بنية معينة وتكوين الجرافيت القابل للتمدد، وهو أكثر ملاءمة للإنتاج الضخم.
العيوب: المنتج المتشكل غير مستقر، ومن الصعب التعامل مع المادة الحرة المدرجة الملتصقة بسطح GICs، ومن الصعب ضمان اتساق مركبات الجرافيت البينية عندما يكون هناك عدد كبير من التركيب.
تعتمد طريقة الصهر على خلط الجرافيت مع مادة متداخلة والحرارة لإعداد الجرافيت القابل للتمدد. استنادًا إلى حقيقة أن المكونات الأيوتكتيكية يمكنها خفض نقطة انصهار النظام (أقل من نقطة انصهار كل مكون)، فهي طريقة لإعداد GICs ثلاثية أو متعددة المكونات عن طريق إدخال مادتين أو أكثر (يجب أن تكون قادرة على تكوين نظام ملح منصهر) بين طبقات الجرافيت في وقت واحد. تستخدم بشكل عام في تحضير كلوريدات المعادن - GICs.
المزايا: يتميز المنتج المركب بثبات جيد، وسهل الغسل، وجهاز تفاعل بسيط، ودرجة حرارة تفاعل منخفضة، ووقت قصير، ومناسب للإنتاج على نطاق واسع.
العيوب: من الصعب التحكم في بنية الترتيب وتكوين المنتج في عملية التفاعل، ومن الصعب ضمان اتساق بنية الترتيب وتكوين المنتج في التخليق الكتلي.
الطريقة المضغوطة هي خلط مصفوفة الجرافيت مع مسحوق المعادن القلوية الأرضية ومعادن الأرض النادرة والتفاعل لإنتاج M-GICS تحت ظروف مضغوطة.
العيوب: فقط عندما يتجاوز ضغط بخار المعدن عتبة معينة، يمكن إجراء تفاعل الإدخال؛ ومع ذلك، فإن درجة الحرارة مرتفعة للغاية، مما يسهل التسبب في تكوين كربيدات من المعدن والجرافيت، وهو تفاعل سلبي، لذلك يجب تنظيم درجة حرارة التفاعل في نطاق معين. درجة حرارة إدخال المعادن الأرضية النادرة عالية جدًا، لذلك يجب تطبيق الضغط لتقليل درجة حرارة التفاعل. هذه الطريقة مناسبة لإعداد GICS المعدني بنقطة انصهار منخفضة، ولكن الجهاز معقد ومتطلبات التشغيل صارمة، لذلك نادرًا ما يتم استخدامه الآن.
تستخدم الطريقة المتفجرة بشكل عام الجرافيت وعامل التمدد مثل KClO4، Mg(ClO4)2·nH2O، Zn(NO3)2·nH2O أو مخاليط البايروبيرو المحضرة، عندما يتم تسخينه، سوف يقوم الجرافيت في وقت واحد بأكسدة وتفاعل التداخل مع مركب الكامبيوم، والذي يتم توسيعه بعد ذلك بطريقة "متفجرة"، وبالتالي الحصول على الجرافيت المتوسع. عندما يتم استخدام ملح المعدن كعامل تمدد، يكون المنتج أكثر تعقيدًا، حيث لا يحتوي على الجرافيت المتوسع فحسب، بل يحتوي أيضًا على المعدن.
