ADVERTISEMENT
2 /3 FREE ARTICLES LEFT THIS MONTH Remaining
Chemistry matters. Join us to get the news you need.

If you have an ACS member number, please enter it here so we can link this account to your membership. (optional)

ACS values your privacy. By submitting your information, you are gaining access to C&EN and subscribing to our weekly newsletter. We use the information you provide to make your reading experience better, and we will never sell your data to third party members.

ENJOY UNLIMITED ACCES TO C&EN

2-D Materials

الحصول على غرافين عالي الجودة من القمامة بلمح البصر

طريقة منخفضة التكلفة لتحويل الفحم و البلاستيك بالحرارة إلى غرافين ذو نوعية عالية

by Bethany Halford
January 27, 2020 | APPEARED IN VOLUME 98, ISSUE 5

 

09805-scicon60-copper-ar.jpg
Credit: Nature
قام باحثوا جامعة رايس بإنتاج الغرافين على عدة مقاييس باستخدام طريقة جول الحرارية الومضية

يمكنك الوصول إلى جميع محتوياتنا باللغة العربية هنا.

طريقة جديدة منخفضة التكلفة تنتج عدة ميللي غرامات غرافين ذو نوعية عالية، يمكن تطبيقها نظرياً ابتداءً من أي مادة ذات أساس كربوني. باستخدام هذه الطريقة و إنتاج الكربون ثنائي الأبعاد المتآصل بشكل مستمر و على نطاقٍ واسع، فإنه من الممكن إضافة الغرافين إلى الإسمنت و الخلائط لتدعيمها. نتيجة لذلك، من الممكن التقليل من هذه المواد في عمليات البناء و بالتالي تقليص بصمة الكربون الإجمالية لها. بحسب قول جيمس م تور من جامعة رايس و أحد المشرفين على هذا المشروع.

على الرغم من وجود العديد من الطرائق لتحضير الغرافين، كالاصطناع العضوي و الترسيب من البخار الكيميائي و التقشير من الغرافيت، فإما أن هذه الطرائق لا تنتج نوعاً و مردوداً عالياً من الغرافين أو أنها تتطلب معالجة كيميائية قاسية أو تستهلك كماً كبيراً من الطاقة. قام فريق بحث بقيادة تور و بوريس ياكوبسون و روزبة شاهسافاري من ذات الجامعة، باكتشاف إمكانية استخدام طريقة جول الحرارية الومضية و هي طريقة منخفضة التكلفة و ذات استهلاك طاقي منخفض، و ذلك من أجل تحويل الفحم و فضلات الطعام و البلاستيك إلى عدة غرامات من الغرافين عالي النوعية بأقل من ثانية واحدة. (Nature 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-1938-0).

يقول تور أن طالب الدراسات العليا في مخبره دوي لونغ، قرأ مقالاً عن استخدام طريقة جول الحرارية الآنية لتحضير أطوار مختلفة للمواد و قرر تجربتها على أسود الكربون. يتابع تور” كان هناك وميض بسيط” و تبين باستخدام مطيافية رامان لتحليل المادة السوداء الناتجة أن لونغ تمكن من تحويل أسود الكربون إلى غرافين. يتابع تور عن النتيجة، “عرفت مباشرة أهمية ما حصل”. لقد أدرك تور أنه إذا كانت العملية قد نجحت مع أسود الكربون و الذي له بنية مختلفة تماماً عن الغرافين فإن هذه الطريقة من المرجح أن تنجح على أي مادة كربونية أخرى. فقام الفريق بتجريب العملية على شتى أنواع المواد، كقشور الفستق و البطاطا و الإطارات المطاطية و بلاستيك البولي ايتيلن تيرفتالات. يقول تور “ببعض التعديلات، يمكن صناعة أنظف غرافين على الإطلاق”.

09805-scicon60-black-ar.jpg
Credit: Nature
إنتاج الغرافين بطريقة جول الحرارية الومضية

العملية تتضمن ضغط المادة الكربونية بشكل طفيف داخل أنبوب من السيراميك أو زجاج الكوارتز بين قطبين كهربائيين. هذه الأداة تخضع إلى تفريغ كهربائي عالي التوتر من مكثف كهربائي و الذي يؤدي إلى تسخين المادة الكربونية إلى أكثر من 3000 درجة كلفن بأقل من ثانية واحدة. العملية تؤدي إلى تحويل الكربون اللابللوري إلى غرافين في حين تخرج جميع المواد الأخرى بشكل مواد غازية طيارة. نظراً إلى أن إنتاج الغرافين يتم بسرعة هائلة فإن هذا لا يترك مجالاً لطبقات الغرافين بالانتظام بالكهرباء الساكنة و بالتالي من السهل استخلاص طبقات الغرافين كل طبقة على حدىً.

في المقال المنشور، يسجل الباحثون أكبر اصطناع للغرافين و هو غرام واحد في الومضة ولكن يقول تور أنهم تمكنوا من تحضير خمسة غرامات في الومضة الواحدة في المخبر و قد حصلوا على دعم مالي من وزارة الطاقة الأمريكية لرفع إنتاج العملية إلى مائة غرام في الومضة الواحدة.

يبين جياشين هوانغ البروفيسور في جامعة نورث وسترن و الذي يدرس معالجة المواد، أن العديد من التطبيقات المحتملة للغرافين تتطلب إنتاجاً بكميات كبيرة و قابلة لإعادة التطبيق و الاستعمال بشكل مستدام، الأمر الذي يشكل تحدي بحد ذاته. فالعديد من تطبيقات الغرافين تعاني من “خيبة أمل تطبيقية” نظراً لتحديات الاصطناع . يقول هوانغ “لقد استطاع فريق جامعة رايس من تجاوزٍ هذه التحديات”. إنه لعمل رائع بالفعل.

هذه المقالة تأتيكم بالتعاون بين C&EN , الفرع الأردني الدولي للعلوم الكيميائية من الجمعية الكيميائية الامريكية و منشورات الجمعية الكيميائية الامريكية. القصة الاصلية (باللغة الإنجليزية) يمكن ايجادها هنا.

Translated by: Obadah Albahra, researcher, Paul Langerhans Institute Dresden

Proofread by: Mohamad Dib Rajab, PhD, Technical University of Munich

X

Article:

This article has been sent to the following recipient:

Leave A Comment

*Required to comment