گرافن و کاربرد آن در صنعت لاستيک سازي و پلاستيک سازي
رضيه برجيان
گرافن
کربن در طبيعت ساختارهاي مختلفي دارد؛ الماس و گرافيت از ساختارهاي معروف آن هستند، در الماس هر اتم کربن با چهار اتم ديگر پيوند برقرار کرده است و اين ماده به عنوان سخت ترين ماده جهان شناخته شده است. در گرافيت اتم هاي کربن در لايه هاي مجزايي با هم پيوند برقرار کرده‌اند. اين لايه‌هاي روي هم قرار گرفته و با پيوند ضعيفي به هم متصل شده اند که هر کدام از لايه‌هاي موجود درگرافيت را گرافن مينامند.
در گرافيت هر کدام از اتم‌هاي چهارظرفيتي کربن، با سه پيوند کووالانسي به سه اتم کربن ديگر متصل شده‌اند و يک شبکه گسترده را تشکيل داده‌اند. اين لايه خود بر روي لايه‌اي کاملاً مشابه قرار گرفته‌است و به اين ترتيب، چهارمين الکترون ظرفيت نيز يک پيوند شيميايي داده است، اما پيوند اين الکترون چهارم، از نوع پيوند واندروالسي است که پيوندي ضعيف است. گرافن مادهاي است که در آن تنها يکي از اين لايه‌هاي گرافيت وجود دارد و به عبارتي چهارمين الکترون پيوندي کربن، به عنوان الکترون آزاد باقي مانده است. در اين حالت، اتم‌هاي کربن در وضعيتي قرار مي‌گيرند که شبکه‌‌اي از شش ضلعي‌هاي منتظم را ايجاد مي‌کنند. البته اين ايده آل‌ترين حالت يک صفحه گرافن است. در برخي مواقع، شکل اين صفحه به گونه اي تغيير مي‌کند که در آن پنج‌ضلعي‌ها و هفت‌ضلعي‌هايي نيز ايجاد ميشود. گرافن ورقه اي دو بعدي 2D از اتم هاي کربن در يک پيکربندي شش ضلعي (لانه زنبوري) است. اتم هاي کربني در گرافن با هيبريد SP2 به هم متصل شده اند. گرافن جديد ترين عضو خانواده مواد کربني گرافيتي چند بعدي مي باشد. اين خانواده شامل فولرن به عنوان نانوماده ي صفر بعدي0D، نانولوله هاي کربني به عنوان نانوماده ي يک بعدي 1D و گرافيت به عنوان يک ماده سه بعدي 3D مي باشد. اصطلاح گرافن براي اولين بار در سال 1986 معرفي شد که از ترکيب کلمه گرافيت و يک پسوند (ان) که به هيدروکربن هاي آروماتيک چند حلقه‌اي (Polycyclic) اشاره دارد ايجاد شد. غير از گرافن تک لايه و دولايه، لايه‌هاي گرافني از 3 تا 10 لايه را به نام گرافن کم لايه (Few Layer Graphene) و بين 10 تا 30 لايه را به نام گرافن چند لايه، گرافن ضخيم (Thick Graphene) و يا نانو بلورهاي نازک گرافيتي، مينامند.[1]
اين ماده جديد ويژگيهاي منحصر به فرد زيادي دارد که اين امر باعث مي شود آن را براي مطالعات اساسي و کاربردهاي آينده به مادهاي جالب مبدل سازد. از گرافن به عنوان مادهاي براي افزايش استحکام، هدايت الکتريکي و نيز هدايت حرارتي استفاده ميشود. چند سالي است که گرافن به يکي از جالب توجه‌ترين سوژه‌هاي دنياي فناوري تبديل شده است؛ مادهاي سخت‌تر از الماس، رساناتر از مس و با شفافيتي بالا که مي‌تواند به بسياري از عرصه‌هاي علم و فناوري نفوذ کند.
گرافن ماده اي منحصربه فرد با پايه‌ي کربني و دانسيته‌ي اتمي بالاست. ترکيب غيرعادي خواص آن نظير سختي و استحکام مکانيکي بسيار بالا، رسانايي الکتريکي و حرارتي بالا و قابل تنظيم، خصوصيات عالي نوري وسطحي است و از طريق عامل‌دار کردن شيميايي ،موردتوجه خاص محققان قرارگرفته است و اين حقيقت که شيميدانان به سختي ميتوانند جايگزيني براي گرافن پيدا کنند، سبب شده که اين ماده داراي کاربردهاي فراواني در نانوالکترونيک، پيلهاي خورشيدي و ابزارهاي ذخيره انرژي مثل باطري ها و ابرخازن‌ها باشد.
گرافن سخت‌ترين و نازک‌ترين مادهاي است که بشر تاکنون به‌آن دست يافته‌‌است. اين ماده با وجود اين‌که ساختار متراکمي دارد، به علت ضخامت بسيار اندکش که برابر با ضخامت يک اتم کربن است، نور را از خود عبور مي‌دهد و از شفافيت 97,3 درصد برخوردار است.
در آينده از اين ماده در ساخت نمايشگرهاي لمسي بسيار ظريف و مقاوم استفاده خواهد شد.هم اکنون گرافن درحال نفوذ به کاربرد هاي الکترونيکي مي باشد وممکن است بزودي پايه واساس تجهيزات الکترونيکي را عوض کند.با استفاده از گرافن ،ساخت وسايل برقي کوچک،قابل انعطاف وکم هزينه ،ممکن خواهد بود.
اگر گرافن را با کاربردهاي امروزي پلاستيک مقايسه کنيم، بايد به انتظار روزي باشيم که همه چيز، از پاکت ميوه گرفته تا لباس‌ها، ديجيتال شوند. کارت‌هاي ارتباطي آينده، توان پردازشي به اندازه موبايل‌هاي هوشمند امروزي خواهند داشت. گرافن مي‌تواند کاربردهاي کاملا جديدي در ابزارهاي الکترونيکي شفاف، انعطاف‌پذير و بسيار سريع‌تر از امروز پيدا کند. يک مثال از استفاده‌هاي ديگر آن مي‌تواند افزودن پودر گرافن به تايرها براي قوي‌تر کردن آنها باشد.[2] کاربرد گرافن در صنعت لاستيک سازي
معمولا اين که چه نوع لاستيکي در دوچرخه استفاده شود، بستگي به اين موضوع دارد که دوچرخه براي چه شرايطي قرار است به کار گرفته شود. هر قدر لاستيک‌ها بزرگتر شوند، دوام بالاتري دارند اما وزن دوچرخه را نيز افزايش مي‌دهد. لاستيک‌هاي کوچکتر معمولا سبک‌تر بوده اما زودتر از بين مي‌روند و استهلاک بالاتري دارند.
با افزودن گرافن به لاستيک مي توان کارايي اين لاستيک‌ها را افزايش داد. زماني که از اين لاستيک استفاده ميشود، به دليل دولايه‌اي که در آن وجود دارد، اين لاستيک‌ها مستحکم مانده و در برابر خستگي مقاومت مي‌کنند. همچنين اين دولايه موجب کاهش اصطکاک لاستيک شده و سرعت دوچرخه را افزايش مي‌دهد. زماني که دوچرخه‌سوار ترمز مي‌گيرد يا دور مي‌زند، دوچرخه به نرمي عکس‌العمل نشان مي‌دهد. علاوه‌بر اين، اين لاستيک‌هاي جديد کاملا انعطاف‌پذير هستند. [3]
لاستيک تقويت شده با گرافن براي توليد واشر صنعتي
وربک متريا (Vorbeck Materials) در حوزه گرافن فعاليت دارد. اين شرکت اخيراً اعلام کرده فناوري موسوم به Vor-flex 50 را به بازار عرضه کرده است. اين محصول از دسته الاستومرهاي تقويت شده با گرافن است که در آن از فناوري Vor-x استفاده شده‌است. Vor-flex 50 يک لاستيک نيتريل بوتادين هيدروژنه شده (HNBR) است که در مقابل تغيير حالت به شدت مقاومت مي‌کند. اين محصول قادر است تا دماي 200 درجه فارنهايت را تحمل کند. همچنين مقاومت کششي 3500 psi و سختي 88 براي اين محصول گزارش شده‌است.
گرافن سخت‌ترين و نازک‌ترين مادهاي است که بشر تاکنون به‌آن دست يافته‌‌است.
وجود خاصيت مقاومت گرمايي بالا در اين لاستيک موجب ميشود تا بتوان از آن در حوزه‌هاي مختلف نظير خودروسازي و پتروشيمي استفاده کرد. اين محصول براي استفاده در واشرها ايده‌آل است و مي‌توان از آن براي درز پوشي و ايجاد مقاومت در برابر مواد شيميايي و سوخت استفاده کرد.[4]
کاربردهاي گرافن در صنعت لاستيک
گرافن کاربردهاي مختلفي در صنعت لاستيک مي‌تواند داشته باشد که از آن جمله مي‌توان به موارد ذيل اشاره کرد:
• برچسب‌هاي لاستيکي حاوي گرافن مي‌تواند به‌عنوان بارکد در فروشگاه‌ها مورد استفاده قرار گيرند.
• برچسب‌هاي گرافني با حساسيت بالا که با تغيير دما، دچار تغيير رنگ مي‌شوند.
• برچسب‌هاي محافظ که مي‌توان آنها را روي کارت‌هاي اعتباري حاوي RFID قرار داد تا هکرها نتوانند اطلاعات آن را سرقت کنند.
پيش از اين شرکت نانوکمپ تکنولوژيز اقدام به استفاده از نوارهاي حاوي نانولوله‌کربني کرده بود؛ نوارهايي که به دليل وجود نانولوله کربني از خواص الکتريکي، گرمايي، ساختاري و دوام بالا برخوردار بودند. گرافن نيز مي‌تواند چنين ويژگي‌هايي را در محصولات ايجاد کند.[5] پي نوشت
[1] http://edu.nano.ir/paper/224
[2] https://article.tebyan.net/177223/
[3] http://news.nano.ir/53828/
[4] http://news.nano.ir/56429/
[5] http://news.nano.ir/59757
منابع
http://edu.nano.ir/
https://article.tebyan.net/
http://news.nano.ir/
.png)
درباره این سایت