عادة ما يكلف الجرافين 200,000 دولار للطن. الآن ، يمكن للعلماء أن يصنعوها من القمامة. - فكر كبير

التكنولوجيا الحديثة التي تم تطويرها في جامعة رايس تأخذ فكرة أن نفايات رجل ما هي كنز رجل آخر إلى أقصى الحدود. قشور الموز ، وبقايا القهوة ، والأوعية البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد ، والفحم - كل هذه الأشياء وأكثر يتم تحويلها إلى واحدة من أكثر المواد قيمة: الجرافين. طور الكيميائي جيمس تور وفريقه عملية سريعة يمكنها تحويل الكميات الكبيرة من الخردة إلى رقائق من الجرافين.

قالت جولة في جامعة رايس: "هذه صفقة كبيرة" خبر صحفى. "يلقي العالم ما بين 30 في المائة و 40 في المائة من جميع المواد الغذائية ، لأنها تفسد ، والمخلفات البلاستيكية تشكل مصدر قلق عالمي. لقد أثبتنا بالفعل أن أي مادة صلبة قائمة على الكربون ، بما في ذلك النفايات البلاستيكية المختلطة والإطارات المطاطية ، يمكن تحويلها إلى جرافين ".

عرض الجرافين.المصدر: Max Pixel / Public Domain

ترجع قيمة الجرافين بشكل أساسي إلى قوتها المذهلة والتنوع الكبير في التطبيقات الصناعية التي يمتلكها. تتكون هذه المادة من طبقة واحدة من ذرات الكربون متصلة ببعضها البعض بواسطة ستة روابط كيميائية ، مما يخلق شبكة تشبه سلك الدجاج.

لا يعتبر الجرافين مفيدًا للغاية في التجارب العلمية فقط نظرًا لفاعلية وقوة عالية ، بل يمكن أيضًا إضافته إلى جميع أنواع المواد الأخرى لتحسين قوتها أو لجعلها أكثر خفة الوزن ، مثل الخرسانة أو المعادن. إنها أكثر المواد موصلة للكهرباء ، مما يجعلها لا تقدر بثمن لاستخدامها كمشتت للحرارة ، على سبيل المثال ، مصابيح LED أو الهواتف الذكية. يمكن استخدامه أيضًا في تكنولوجيا البطاريات ، والدهانات ، وأجهزة الاستشعار ، وغير ذلك الكثير - هناك بالفعل العديد من التطبيقات لهذه المادة لتغطيتها في هذه المقالة وحدها.

على الرغم من فائدته العالية ، إلا أن الجرافين ليس جزءًا من حياتنا اليومية حتى الآن. جزء من السبب هو بسبب التكلفة الباهظة. من الصعب إنتاج الجرافين بكميات كبيرة ، حيث قال تور "السعر التجاري الحالي للجرافين يتراوح بين 67,000 دولار و 200,000 دولار للطن". تشمل التقنيات الشائعة التقشير ، حيث يتم تجريد أوراق الجرافين من الجرافيت ، أو ترسب البخار الكيميائي ، حيث يتبخر الميثان (CH4) في وجود ركيزة نحاسية تلتقط ذرات الكربون في الميثان ، وترتيبها على هيئة جرافين.

التقنية الجديدة تسمى فلاش جول للتدفئة، أبسط وأرخص بكثير ولا يعتمد على أي مذيبات خطرة أو إضافات كيميائية. ببساطة ، تتعرض المادة القائمة على الكربون إلى حرارة تبلغ 2,760 درجة مئوية (5,000 درجة فهرنهايت) لمدة 10 مللي ثانية فقط. هذا يكسر كل رابطة كيميائية في مادة الإدخال. تتحول جميع الذرات باستثناء الكربون إلى غاز ، والذي يتسرب في جهاز إثبات المفهوم هذا ولكن يمكن التقاطه في التطبيقات الصناعية. ومع ذلك ، فإن الكربون يعيد تجميع نفسه على شكل رقائق من الجرافين.

علاوة على ذلك ، تنتج هذه التقنية ما يسمى بالجرافين التوربيني. تنتج العمليات الأخرى ما يُعرف باسم الجرافين المكدس AB ، حيث تقع نصف الذرات في ورقة واحدة من الجرافين فوق ذرات ورقة أخرى من الجرافين. ينتج عن هذا رابطة أقوى بين الطبقتين ، مما يجعل فصلهما أكثر صعوبة. لا يحتوي الجرافين التوربيني على مثل هذا الترتيب بين الأوراق ، لذلك يسهل إزالته من بعضها البعض.

حالة الاستخدام الأكثر وضوحًا لما أطلق عليه الباحثون "الجرافين الوميض" هي استخدام رقائق الجرافين هذه كمكون في الخرسانة. قال تور: "من خلال تقوية الخرسانة باستخدام الجرافين ، يمكننا استخدام خرسانة أقل للبناء ، وستكون تكلفة التصنيع أقل وأقل تكلفة النقل. بشكل أساسي ، نقوم بحبس الغازات المسببة للاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان التي قد تنبعث من فضلات الطعام في مدافن النفايات. نقوم بتحويل تلك الكربونات إلى جرافين وإضافة ذلك الجرافين إلى الخرسانة ، وبالتالي تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون المتولدة في صناعة الخرسانة. إنه سيناريو بيئي مربح للجانبين باستخدام الجرافين ".

تعتبر الخرسانة تطبيقًا رئيسيًا لهذه المواد ، والتي من شأنها أن تكون سليمة من الناحية الاقتصادية والبيئية ، ولكن هناك العديد من التطبيقات الأخرى أيضًا. نظرًا لأن هذه الطريقة وغيرها لإنتاج الجرافين بكميات كبيرة ناضجة ، يمكننا أن نأمل في رؤية مستقبل بمواد وتقنيات أقوى بشكل متزايد وخفيفة الوزن وأكثر تقدمًا وأقل تدميراً للبيئة.