تعتبر أفلام الكربون مثل الجرافين مواد خفيفة للغاية ولكنها قوية جدًا ذات إمكانات تطبيق ممتازة، ولكن قد يكون من الصعب تصنيعها، وعادةً ما تتطلب الكثير من القوى العاملة والاستراتيجيات التي تستغرق وقتًا طويلاً، كما أن الطرق مكلفة وليست صديقة للبيئة.
مع إنتاج كمية كبيرة من الجرافين، ومن أجل التغلب على الصعوبات التي تواجه تنفيذ طرق الاستخلاص الحالية، قام باحثون في جامعة بن جوريون في النقب في إسرائيل بتطوير طريقة "خضراء" لاستخراج الجرافين يمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك البصريات والإلكترونيات والبيئة والتكنولوجيا الحيوية.
استخدم الباحثون التشتت الميكانيكي لاستخلاص الجرافين من معدن الستريولايت الطبيعي. ووجدوا أن معدن الهيبوفيليت يُظهر إمكانيات واعدة لإنتاج الجرافين ومواد شبيهة به على نطاق صناعي.
قد يختلف محتوى الكربون في الهيبومفيبول. ووفقًا لمحتوى الكربون، يمكن أن يكون للهيبومفيبول إمكانيات استخدام مختلفة. تُستخدم بعض الأنواع لخصائصها التحفيزية، بينما تتميز أنواع أخرى بخصائص قاتلة للبكتيريا.
تحدد الخصائص البنيوية للهيبوبيروكسين تطبيقه في عملية الأكسدة والاختزال، ويمكن استخدامه أيضًا في إنتاج أفران الصهر وإنتاج السبائك الحديدية من الحديد الزهر (عالي السيليكون).
بفضل خصائصه الفيزيائية والميكانيكية، وكثافته الكبيرة، ومتانته العالية، ومقاومته للتآكل، يتمتع الهيبوفيليت أيضًا بالقدرة على امتصاص مجموعة متنوعة من المواد العضوية، ما يجعله مناسبًا للاستخدام كمُرشِّح. كما أثبت قدرته على التخلص من جزيئات الجذور الحرة التي قد تُلوِّث مصادر المياه.
يُظهر الهيبوبيروكسين قدرته على تطهير وتنقية المياه من البكتيريا والجراثيم والكائنات الدقيقة البسيطة والطحالب الخضراء المزرقة. ونظرًا لخصائصه التحفيزية والاختزالية العالية، يُستخدم المغنيسيا غالبًا كمادة ماصة لمعالجة مياه الصرف الصحي.
(أ) تكبير X13500 و(ب) صورة مجهر إلكتروني بتكبير X35000 لعينة الهيبوفيليت المشتتة. (ج) طيف رامان للهيبوفيلليت المعالج و(د) طيف XPS لخط الكربون في طيف الهيبوفيليت
استخراج الجرافين
لتحضير الصخور لاستخلاص الجرافين، استخدم الباحثان مجهرًا إلكترونيًا ماسحًا (SEM) لفحص شوائب المعادن الثقيلة ومساميتها في العينات. كما طبقا أساليب مختبرية أخرى للتحقق من التركيب الهيكلي العام ووجود معادن أخرى في الطبقة تحت المنففيبولية.
وبعد الانتهاء من تحليل العينة وتحضيرها، تمكن الباحثون من استخراج الجرافين من الديوريت بعد المعالجة الميكانيكية للعينة من كاريليا باستخدام منظف الموجات فوق الصوتية الرقمي.
نظرًا لأنه يمكن معالجة عدد كبير من العينات باستخدام هذه الطريقة، فلا يوجد خطر التلوث الثانوي، ولا تكون هناك حاجة إلى طرق معالجة العينات اللاحقة.
منذ أن أصبحت الخصائص الاستثنائية للجرافين معروفة على نطاق واسع في أوساط البحث العلمي، طُوّرت العديد من طرق الإنتاج والتركيب. إلا أن العديد من هذه الطرق إما عمليات متعددة الخطوات أو تتطلب استخدام مواد كيميائية وعوامل مؤكسدة ومختزلة قوية.
على الرغم من أن الجرافين وأغشية الكربون الأخرى أظهرت إمكانات تطبيقية كبيرة وحققت نجاحًا نسبيًا في البحث والتطوير، إلا أن العمليات التي تستخدم هذه المواد لا تزال قيد التطوير. يتمثل جزء من التحدي في جعل استخلاص الجرافين فعالًا من حيث التكلفة، مما يعني أن إيجاد تقنية التشتيت المناسبة هو المفتاح.
إن طريقة التشتيت أو التركيب هذه شاقة وغير صديقة للبيئة، كما أن قوة هذه التقنيات قد تسبب أيضًا عيوبًا في الجرافين المنتج، مما يقلل من الجودة الممتازة المتوقعة للجرافين.
يُقلل استخدام المنظفات بالموجات فوق الصوتية في تصنيع الجرافين من المخاطر والتكاليف المرتبطة بالطرق الكيميائية والطرق متعددة الخطوات. وقد مهد تطبيق هذه الطريقة على معدن الهيبوفيليت الطبيعي الطريق لطريقة جديدة صديقة للبيئة لإنتاج الجرافين.
وقت النشر: 4 نوفمبر 2021
