ما هو الغرافين Graphene وما استخداماته

لطالما كتبنا بأقلام الرصاص المختلفة الأشكال، ولكن تحتوي جميعها على أبرةٍ رماديةٍ واحدة مشتركة، هل فكرت ذات يوم ماهي المادة المصنوعة منها هذه الإبرة؟ إنه الغرافيت يا صديقي، هذا هو المكوّن الرئيسي لقلم الرصاص، ولكنّ الغرافيت عبارةٌ عن طبقاتٍ متعددةٍ من مادةٍ تدعى الغرافين (Graphene)، إذًا يمكننا القول أن المكوّن الأساسي لقلم الرصاص هو الغرافين، فما هي هذه المادة؟وماخصائصها وكيف تتشكل؟

هو عبارةٌ عن طبقةٍ أحاديةٍ من ذرات الكربون المترابطة بإحكامٍ، حيث تجتمع كل 6 ذراتٍ لتشكّل شكلًا سداسيًّا بلّوريًّا، ترتبط الأشكال السداسية جميعها لتكوِّن الغرافين، ويكون شكلها شبيه لقرص العسل.

يُعدّ الغرافين أرقّ مركّبٍ على سطح الأرض، حيث تقارب سماكته سماكة الذرة الواحدة، وهو مادّةٌ خفيفةٌ جدًّا (وزن المتر المربّع منه حوالي 0.77 ميلغرام)، كما أنّ أفضل أنواعه تكون أقوى من الفولاذ بنحو 100إلى 300 مرةٍ. إنّ اجتماع طبقات أحادية عدّة من الغرافين فوق بعضها في الغرافيت يكون بفعل قوى فاندرفالس (Van der Waals)، تكون المسافة بين الطبقة والأخرى 0.335 نانومتر تقريبًا.

واجه صنع الغرافين صعوبةً في البداية، حيث كان يعتمد على عملية ترسيب الأبخرة الكيميائية (CVD)، والتي تضمنّت توظيف مركبّات سامة لإنتاج طبقةٍ أحاديةٍ منه، وذلك عن طريق تعريض البلاتين أو النيكل أو التيتانيوم إلى درجات حرارةٍ عاليةٍ باستخدام البنزين أو الإيثيلين. طبعًا إلى جانب خطورة هذه العملية؛ فقد كانت مُكلفةً للغاية، كما أنه كان من الصعب فصل الغرافين عن الركيزة المعدنية دون إتلافه.

عام 2012، وبعد إجراء الدراسات والأبحاث، توصل الكيميائيون إلى طريقةٍ لفصل الغرافين عن الركيزة بدون إتلافه وبجودةٍ عاليةٍ، وهي تقشير طبقة الغرافين بمساعدة الماء ومواد أخرى، وبهذا قللوا أيضًا من خطورة العمل بالمواد السامة كما أمكن إعادة استخدام اللوحة المعدنية في الأبحاث الأخرى.

تختلف طرق إنتاجه حسب بساطة التركيب، والوقت والجهد للتحضير، لدينا أربع طُرقٍ مختلفةٍ للتحضير:

بالإضافة إلى ما يتمتع به الغرافين من خفّة الوزن والسّماكة، والقوة، فلديه خصائص عديدة مميزة:

بالنظر إلى خصائص الغرافين القوية والمميزة، يمكنك تخيّل ما تفعله هذه المادة: