রাসায়নিক জারণ পদ্ধতি হলো প্রসারণশীল গ্রাফাইট প্রস্তুত করার একটি প্রচলিত পদ্ধতি। এই পদ্ধতিতে, প্রাকৃতিক ফ্লেক গ্রাফাইটকে উপযুক্ত জারক এবং ইন্টারক্যালেটিং এজেন্টের সাথে মিশিয়ে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় নিয়ন্ত্রণ করে ক্রমাগত নাড়ানো হয় এবং এরপর ধৌত, পরিস্রুত ও শুকিয়ে প্রসারণশীল গ্রাফাইট পাওয়া যায়। সরল সরঞ্জাম, সুবিধাজনক পরিচালনা এবং স্বল্প ব্যয়ের মতো সুবিধার কারণে রাসায়নিক জারণ পদ্ধতি শিল্পে একটি অপেক্ষাকৃত পরিণত পদ্ধতিতে পরিণত হয়েছে।
রাসায়নিক জারণের প্রক্রিয়া ধাপগুলোর মধ্যে জারণ এবং ইন্টারক্যালেশন অন্তর্ভুক্ত। প্রসারণশীল গ্রাফাইট গঠনের জন্য গ্রাফাইটের জারণ একটি মৌলিক শর্ত, কারণ ইন্টারক্যালেশন বিক্রিয়াটি মসৃণভাবে সম্পন্ন হবে কিনা তা গ্রাফাইট স্তরগুলোর মধ্যেকার ফাঁকের মাত্রার উপর নির্ভর করে। এবং সাধারণ তাপমাত্রায় প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের চমৎকার স্থিতিশীলতা এবং অ্যাসিড ও ক্ষার প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে, তাই এটি অ্যাসিড ও ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে না। একারণে, রাসায়নিক জারণে জারক পদার্থের সংযোজন একটি অপরিহার্য মূল উপাদান হয়ে উঠেছে।
বিভিন্ন ধরণের জারক পদার্থ রয়েছে। সাধারণত ব্যবহৃত জারকগুলো হলো কঠিন জারক (যেমন পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট, পটাশিয়াম ডাইক্রোমেট, ক্রোমিয়াম ট্রাইঅক্সাইড, পটাশিয়াম ক্লোরেট ইত্যাদি)। এছাড়াও কিছু তরল জারকও (যেমন হাইড্রোজেন পারঅক্সাইড, নাইট্রিক অ্যাসিড ইত্যাদি) ব্যবহার করা যেতে পারে। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে দেখা গেছে যে, প্রসারণশীল গ্রাফাইট তৈরিতে ব্যবহৃত প্রধান জারক হলো পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট।
জারক পদার্থের প্রভাবে গ্রাফাইট জারিত হয় এবং গ্রাফাইট স্তরের নিরপেক্ষ নেটওয়ার্ক ম্যাক্রোঅণুগুলো ধনাত্মক আধানযুক্ত সমতলীয় ম্যাক্রোঅণুতে পরিণত হয়। একই ধনাত্মক আধানের বিকর্ষণমূলক প্রভাবের কারণে গ্রাফাইট স্তরগুলোর মধ্যে দূরত্ব বেড়ে যায়, যা ইন্টারক্যালেটরকে গ্রাফাইট স্তরে মসৃণভাবে প্রবেশ করার জন্য একটি পথ ও স্থান তৈরি করে দেয়। প্রসারণযোগ্য গ্রাফাইট তৈরির প্রক্রিয়ায়, ইন্টারক্যালেটিং এজেন্ট হিসেবে প্রধানত অ্যাসিড ব্যবহৃত হয়। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে গবেষকরা প্রধানত সালফিউরিক অ্যাসিড, নাইট্রিক অ্যাসিড, ফসফরিক অ্যাসিড, পারক্লোরিক অ্যাসিড, মিশ্র অ্যাসিড এবং গ্লেসিয়াল অ্যাসিটিক অ্যাসিড ব্যবহার করছেন।
তড়িৎ-রাসায়নিক পদ্ধতিতে, একটি স্থির তড়িৎ প্রবাহে, সন্নিবেশিত পদার্থের জলীয় দ্রবণকে তড়িৎবিশ্লেষ্য হিসেবে ব্যবহার করা হয়, যেখানে গ্রাফাইট এবং ধাতব পদার্থ (স্টেইনলেস স্টিল, প্ল্যাটিনাম পাত, সীসার পাত, টাইটানিয়াম পাত ইত্যাদি) একটি যৌগিক অ্যানোড গঠন করে এবং তড়িৎবিশ্লেষ্যে প্রবেশ করানো ধাতব পদার্থটি ক্যাথোড হিসেবে কাজ করে একটি বদ্ধ চক্র তৈরি করে; অথবা, তড়িৎবিশ্লেষ্যে ভাসমান গ্রাফাইটকে একই সাথে তড়িৎবিশ্লেষ্যের মধ্যে ঋণাত্মক এবং ধনাত্মক পাত হিসেবে প্রবেশ করিয়ে দুটি তড়িৎদ্বারের মাধ্যমে শক্তি সঞ্চারিত করে অ্যানোডীয় জারণ ঘটানো হয়। এতে গ্রাফাইটের পৃষ্ঠতল জারিত হয়ে কার্বোক্যাটায়নে পরিণত হয়। একই সাথে, স্থিরবৈদ্যুতিক আকর্ষণ এবং ঘনত্বের পার্থক্যজনিত ব্যাপনের সম্মিলিত ক্রিয়ায়, অ্যাসিড আয়ন বা অন্যান্য পোলার অন্তঃপ্রক্ষেপক আয়ন গ্রাফাইটের স্তরগুলোর মধ্যে প্রবেশ করে প্রসারণশীল গ্রাফাইট গঠন করে।
রাসায়নিক জারণ পদ্ধতির তুলনায়, প্রসারণযোগ্য গ্রাফাইট তৈরির তড়িৎ-রাসায়নিক পদ্ধতিতে সম্পূর্ণ প্রক্রিয়ায় কোনো জারক ব্যবহার করা হয় না। এর ফলে প্রক্রিয়াকরণের পরিমাণ বেশি হয়, ক্ষয়কারী পদার্থের অবশিষ্ট পরিমাণ কম থাকে, বিক্রিয়ার পর তড়িৎ-বিশ্লেষ্য পুনর্ব্যবহার করা যায়, অ্যাসিডের পরিমাণ কমে, খরচ সাশ্রয় হয়, পরিবেশ দূষণ হ্রাস পায়, যন্ত্রপাতির ক্ষতি কম হয় এবং এর কার্যকাল দীর্ঘ হয়। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে, এই বহুবিধ সুবিধার কারণে প্রসারণযোগ্য গ্রাফাইট তৈরির জন্য তড়িৎ-রাসায়নিক পদ্ধতি ক্রমশ বহু প্রতিষ্ঠানের কাছে পছন্দের পদ্ধতিতে পরিণত হয়েছে।
গ্যাসীয় দশা ব্যাপন পদ্ধতিতে গ্যাসীয় অবস্থায় থাকা গ্রাফাইটের সাথে ইন্টারক্যালেটরের সংস্পর্শে এনে ইন্টারক্যালেটিং বিক্রিয়ার মাধ্যমে প্রসারণযোগ্য গ্রাফাইট উৎপাদন করা হয়। সাধারণত, গ্রাফাইট এবং ইনসার্টকে তাপ-প্রতিরোধী কাচের রিঅ্যাক্টরের দুই প্রান্তে রাখা হয় এবং ভ্যাকুয়াম পাম্প করে সিল করা হয়, তাই এটি দ্বি-কক্ষ পদ্ধতি নামেও পরিচিত। শিল্পক্ষেত্রে এই পদ্ধতিটি প্রায়শই হ্যালাইড-ইজি এবং ক্ষারীয় ধাতু-ইজি সংশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়।
সুবিধাসমূহ: রিয়্যাক্টরের গঠন ও বিন্যাস নিয়ন্ত্রণ করা যায় এবং বিক্রিয়ক ও উৎপাদসমূহকে সহজে পৃথক করা যায়।
অসুবিধা: বিক্রিয়া যন্ত্রটি অধিক জটিল, পরিচালনা করা আরও কঠিন, ফলে উৎপাদন সীমিত। বিক্রিয়াটি উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে সম্পন্ন করতে হয়, এতে বেশি সময় লাগে এবং বিক্রিয়ার শর্তগুলো খুব কঠোর। প্রস্তুতির পরিবেশ অবশ্যই ভ্যাকুয়াম হতে হবে, তাই উৎপাদন খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি এবং এটি বৃহৎ পরিসরের উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত নয়।
মিশ্র তরল দশা পদ্ধতি হলো প্রসারণশীল গ্রাফাইট প্রস্তুত করার জন্য তাপীয় বিক্রিয়ায় নিষ্ক্রিয় গ্যাসের সচলতা বা সিলিং সিস্টেমের সুরক্ষায় সন্নিবেশিত উপাদানকে সরাসরি গ্রাফাইটের সাথে মিশ্রিত করা। এটি সাধারণত ক্ষার ধাতু-গ্রাফাইট আন্তঃস্তরীয় যৌগ (GICs) সংশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়।
সুবিধাসমূহ: বিক্রিয়া প্রক্রিয়াটি সরল, বিক্রিয়ার গতি দ্রুত, এবং গ্রাফাইট কাঁচামাল ও ইনসার্টের অনুপাত পরিবর্তনের মাধ্যমে প্রসারণশীল গ্রাফাইটের একটি নির্দিষ্ট গঠন ও সংমিশ্রণ অর্জন করা যায়, যা ব্যাপক উৎপাদনের জন্য অধিক উপযোগী।
অসুবিধাসমূহ: গঠিত পণ্যটি অস্থিতিশীল, জিআইসি-এর পৃষ্ঠে লেগে থাকা মুক্ত সন্নিবেশিত পদার্থকে নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, এবং বিপুল পরিমাণে সংশ্লেষণের ক্ষেত্রে গ্রাফাইট আন্তঃস্তরীয় যৌগগুলির সামঞ্জস্য নিশ্চিত করা কঠিন।
গলন পদ্ধতি হলো গ্রাফাইটের সাথে ইন্টারক্যালেটিং উপাদান মিশিয়ে তাপ প্রয়োগ করে প্রসারণশীল গ্রাফাইট প্রস্তুত করা। ইউটেক্টিক উপাদানগুলো সিস্টেমের গলনাঙ্ক (প্রতিটি উপাদানের গলনাঙ্কের নিচে) কমাতে পারে—এই তথ্যের উপর ভিত্তি করে, এটি গ্রাফাইটের স্তরগুলোর মধ্যে একই সাথে দুই বা ততোধিক পদার্থ (যাদের অবশ্যই একটি গলিত লবণ সিস্টেম তৈরি করতে সক্ষম হতে হবে) প্রবেশ করিয়ে ত্রিমাত্রিক বা বহু-উপাদানযুক্ত জিআইসি (GIC) তৈরির একটি পদ্ধতি। এটি সাধারণত ধাতব ক্লোরাইড—জিআইসি (GIC) তৈরিতে ব্যবহৃত হয়।
সুবিধাসমূহ: সংশ্লেষিত পণ্যটির স্থিতিশীলতা ভালো, এটি সহজে ধোয়া যায়, বিক্রিয়ার জন্য সরল যন্ত্র প্রয়োজন, বিক্রিয়ার তাপমাত্রা কম ও সময় কম লাগে, যা বৃহৎ পরিসরে উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত।
অসুবিধা: বিক্রিয়া প্রক্রিয়ায় উৎপাদের ক্রম কাঠামো এবং গঠন নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, এবং ব্যাপক সংশ্লেষণে উৎপাদের ক্রম কাঠামো এবং গঠনের ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করা কঠিন।
চাপযুক্ত পদ্ধতিটি হলো গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সকে ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু এবং বিরল মৃত্তিকা ধাতুর গুঁড়োর সাথে মিশ্রিত করে চাপযুক্ত অবস্থায় বিক্রিয়া ঘটিয়ে এম-জিআইসিএস (M-GICS) উৎপাদন করা।
অসুবিধা: শুধুমাত্র যখন ধাতুর বাষ্পচাপ একটি নির্দিষ্ট সীমা অতিক্রম করে, তখনই সন্নিবেশ বিক্রিয়া সম্পন্ন করা যায়; তবে, তাপমাত্রা খুব বেশি হলে ধাতু এবং গ্রাফাইটের মধ্যে কার্বাইড তৈরি হয়ে নেতিবাচক বিক্রিয়া ঘটার সম্ভাবনা থাকে, তাই বিক্রিয়ার তাপমাত্রা অবশ্যই একটি নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে। বিরল মৃত্তিকা ধাতুগুলির সন্নিবেশ তাপমাত্রা খুব বেশি, তাই বিক্রিয়ার তাপমাত্রা কমানোর জন্য চাপ প্রয়োগ করতে হয়। এই পদ্ধতিটি কম গলনাঙ্কের ধাতু-GICS তৈরির জন্য উপযুক্ত, কিন্তু এর যন্ত্র জটিল এবং পরিচালনার শর্তাবলী কঠোর, তাই বর্তমানে এটি খুব কমই ব্যবহৃত হয়।
বিস্ফোরক পদ্ধতিতে সাধারণত গ্রাফাইট এবং KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O পাইরোপাইরোস বা প্রস্তুতকৃত মিশ্রণের মতো প্রসারণকারী পদার্থ ব্যবহার করা হয়। যখন একে উত্তপ্ত করা হয়, তখন গ্রাফাইট একই সাথে জারণ এবং ইন্টারক্যালেশন বিক্রিয়ার মাধ্যমে ক্যাম্বিয়াম যৌগের সাথে যুক্ত হয়, যা পরবর্তীতে একটি "বিস্ফোরক" উপায়ে প্রসারিত হয় এবং এর ফলে প্রসারিত গ্রাফাইট পাওয়া যায়। যখন প্রসারণকারী পদার্থ হিসেবে ধাতব লবণ ব্যবহার করা হয়, তখন উৎপাদিত পদার্থটি আরও জটিল হয়, কারণ এতে কেবল প্রসারিত গ্রাফাইটই নয়, ধাতুও থাকে।