გრაფენის წარმოება ახალგაზრდა და პერსპექტიული ინდუსტრიაა. ის ახალგაზრდაა, რადგან გრაფინი საკმაოდ ცოტა ხნის წინ აღმოაჩინეს – მხოლოდ თხუთმეტიდან თექვსმეტი წლის წინ. და ეს პერსპექტიულია გრაფენის საინტერესო და გარკვეულწილად უნიკალური თვისებების გამო.

რა არის გრაფინი და რატომ არის ის საინტერესო?

ზოგადად მიღებულია დიდი ხნის განმავლობაში, რომ მასალები ორგანზომილებიანი კრისტალური გისოსებით არ არსებობს. მაგრამ 2000-იანი წლების დასაწყისში ბრიტანელმა ფიზიკოსებმა გეიმმა და ნოვოსელოვმა დაიწყეს ექსპერიმენტები, რომლებიც საბოლოოდ დასრულდა ორგანზომილებიანი კრისტალის აღმოჩენით, რომელსაც გრაფენი ჰქვია. გრაფენის გისოსი შედგება ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებიც განლაგებულია სიბრტყეში ექვსკუთხა სტრუქტურის სახით. ნიმუში გარეგნულად წააგავს ურთიერთდაკავშირებულ ექვსკუთხედებს.

გრაფინი მიიღება გრაფიტიდან. უმარტივეს შემთხვევაში, მასალის დასამზადებლად, სკოჩის ლენტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას გრაფიტზე დატანილი წებოვანი ზედაპირით და შემდეგ ამოღებული. ფირის ზედაპირზე რჩება გრაფიტის მცირე ნაწილაკები. ამის შემდეგ, ლენტი იკეცება შუაზე და გადაჭიმულია სხვადასხვა მიმართულებით. შედეგად, გრაფიტის ნარჩენი ნაწილაკები თხელი ხდება და 10-15 გამეორების შემდეგ ისინი უკვე გრაფენის ფუნქციას ასრულებენ.

რატომ არის გრაფენი საინტერესო? პირველ რიგში, ეს არის ძალიან მსუბუქი, მაგრამ ძალიან ძლიერი მასალა. გრაფენის სიძლიერე 200-ჯერ აღემატება ფოლადის სიძლიერეს. მისი დაჭიმვა შესაძლებელია 20%-ით, რაც სხვა კრისტალებით შეუძლებელია. გარდა ამისა, გრაფენს ახასიათებს კარგი ელექტროგამტარობა, ქიმიური ინერტულობა და განსაკუთრებული სიგამხდრე. ძნელი დასაჯერებელია, მაგრამ ამ მასალის მხოლოდ რამდენიმე გრამი საკმარისია ფეხბურთის მოედნის სრულად დასაფარად. ყველა ჩამოთვლილი თვისება უხსნის შესანიშნავ პერსპექტივებს გრაფენის გამოყენებისთვის სხვადასხვა ინდუსტრიაში:

• გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპია. გრაფენი გამოიყენება როგორც სუბსტრატი საგნებისა და ნიმუშების შესამოწმებლად.
• მზის ენერგია. გრაფენი გამოიყენება მზის ელემენტების გამჭვირვალე გამტარ საფარების წარმოებაში.
• ელექტრონიკა. ცნობილია გრაფენის ველის ეფექტის ტრანზისტორები უფრო მაღალი გამაძლიერებელი ფაქტორით, ისევე როგორც ინტეგრირებული სქემები.
• ეკოლოგია. გრაფენის ატომები უფრო აქტიურად ურთიერთქმედებენ რადიოაქტიური ელემენტების ატომებთან, მაგალითად, ბენტონიტის თიხებთან შედარებით.
• საზომი მოწყობილობა. გრაფენი გამოიყენება დაძაბულობის სენსორების წარმოებაში.
• საპოხი მასალები. გრაფენი ემსახურება როგორც საპოხი ზეთების დანამატი და აუმჯობესებს მათ თვისებებს.

თუმცა, ამჟამად, გრაფენის ფართო გამოყენება შეზღუდულია მისი წარმოების სიძვირით. რატომ არის გრაფენის წარმოება ძვირი? პასუხს შემდეგ განყოფილებაში იხილავთ.

გრაფენის წარმოება – ტექნოლოგიის მაგალითი

შესწავლილია გრაფენის წარმოების სხვადასხვა მეთოდი. მიმოხილვისთვის, ამ სტატიაში განვიხილავთ მხოლოდ ერთ მიდგომას, რომელიც მაინც ძალიან საილუსტრაციოა.

ამრიგად, გრაფენის მისაღებად საჭიროა რამდენიმე თანმიმდევრული ეტაპის დასრულება:

• დაასხით გრაფიტი გამხსნელში სუსპენზიის მიღებამდე.
• მიღებული სუსპენზია დაამუშავეთ კოლოიდური წისქვილში.
• შეასრულეთ სუსპენზიის ცენტრიფუგირება.
• შეასრულეთ ვაკუუმური ფილტრაცია და გაშრობა.

გრაფენი მიიღება მხოლოდ მეოთხე ეტაპის დასრულების შემდეგ. როგორც ხედავთ, გრაფენის წარმოება ხასიათდება მრავალი ეტაპით და ქიმიკატების გამოყენებით, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის მასალის მოპოვების ღირებულებას. ინტუიციურად ნათელია, რომ გრაფენის ღირებულების შემცირების მიზნით, საჭიროა მოძებნოთ ვარიანტები ქიმიური აგენტების გამოყენების გარეშე და წარმოების ეტაპების შემცირებული რაოდენობით. AVSp-150 მორევის ფენის მოწყობილობა შეიძლება იყოს ამ პრობლემის გადაწყვეტა.

როგორ მუშაობს AVSp-150 მორევის ფენის მოწყობილობა?

ტიპიური მორევის ფენის მოწყობილობა შედგება ინდუქტორისაგან, არამაგნიტური მასალისგან დამზადებული სამოქმედო კამერისგან და ოპერაციულ პალატაში მოთავსებული ფერომაგნიტური ნაწილაკებისგან (სურათი 1).

სურათი 1 – მოწყობილობა ფერომაგნიტური ნაწილაკების მორევის ფენით: 1 – დამცავი ბუჩქი; 2 – მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველის ინდუქტორი; 3 – ინდუქტორის კორპუსი; 4 – არამაგნიტური მასალისგან დამზადებული საოპერაციო კამერა; 5 – ფერომაგნიტური ნაწილაკები

ინდუქტორის გრაგნილზე ძაბვის გამოყენების შედეგად, მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველი წარმოიქმნება საოპერაციო პალატაში და იჭერს ფერომაგნიტურ ნაწილაკებს. ნაწილაკები მოძრაობენ რთული ტრაექტორიების გასწვრივ და მუდმივად ეჯახებიან ერთმანეთს, დამუშავებულ მასალას და საოპერაციო კამერის კედლებს. ამიტომ, თითოეული ფერომაგნიტური ნაწილაკების მოძრაობის ტრაექტორია რთულია და ამ ტრაექტორიების კომბინაცია წარმოქმნის მორევის ფენას. ამ შემთხვევაში, მორევის ფენაში წარმოიქმნება სხვადასხვა ფაქტორი და გავლენას ახდენს დამუშავებულ მასალაზე. ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორები მოიცავს:

• ფერომაგნიტური ნაწილაკების პირდაპირი ზემოქმედება დამუშავებულ მასალაზე;
• ელექტრომაგნიტური ველი;
• ულტრაბგერითი ვიბრაციები;
• კავიტაცია (მასალის თხევად გარემოში დამუშავებისას, მაგალითად, წყალში);
• მაღალი ადგილობრივი წნევა და ა.შ.

ზემოაღნიშნული ფაქტორების კუმულაციური ზემოქმედებისას, დამუშავებული მასალები იფქვება, ურევენ და იძენენ ახალ თვისებებს. ახლა მოდით შევხედოთ, თუ როგორ შეიძლება მორევის ფენის მოწყობილობის გამოყენება გრაფენის წარმოებისთვის.

სურათი 2 – AVSp-150 მორევის ფენის მოწყობილობა

გრაფენის წარმოება მორევის ფენის მოწყობილობის გამოყენებით

გრაფენის წარმოებისთვის შემოთავაზებულია მხოლოდ ორი ეტაპის დასრულება, ვიდრე ოთხი. პირველ ეტაპზე ბუნებრივი გრაფიტი უნდა იყოს დაფქული ფრაქციის ზომით 1 მმ. ამ მიზნით შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჩვეულებრივი სამრეწველო ქარხნები. მეორე ეტაპზე, წინასწარ დაფქული გრაფიტი მოთავსებულია საოპერაციო კამერაში AVSp-150 მორევის ფენის მოწყობილობა. ამ მოწყობილობის მოდელის განსაკუთრებული მახასიათებელია ოპერაციული კამერის ჰორიზონტალური განლაგება და მისი მუდმივი გრძივი პროგრესირებადი მოძრაობა. ამ მოძრაობის გამო, გრაფიტი დამატებით შერეულია და ნაწილდება ოპერაციული კამერის მოცულობაზე, რაც კიდევ უფრო აძლიერებს მორევის ფენის ეფექტს. AVSp-150-ში დამუშავებას 5-10-დან 30 წუთამდე სჭირდება. გამოსასვლელში ვიღებთ მზა ნანოზომის გრაფენს (სურათი 3).

სურათი 3 – გრაფენი მიღებული AVSp-150 მორევის ფენის მოწყობილობის საშუალებით

გრაფენის წარმოების ტექნოლოგიის უპირატესობები მორევის ფენის მოწყობილობის გამოყენებით

გრაფენის წარმოებას მორევის ფენის მოწყობილობების გამოყენებით შემდეგი უპირატესობები აქვს:

• პროცესში არ არის საჭირო კატალიზატორებისა და ქიმიური აგენტების გამოყენება;
• გრაფენის წარმოების ეტაპების შემცირება, პროცესის დაჩქარება დროის თვალსაზრისით;
• მორევის ფენის მოწყობილობაში გრაფენის წარმოებისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ტიპის გრაფიტი (მკვრივი კრისტალური, კრისტალური, კრიპტოკრისტალური);
• შემცირდა გრაფენის წარმოების ღირებულება.

დამატებითი ინფორმაციისთვის, გთხოვთ, დაუკავშირდეთ ჩვენს ტექნიკურ პროფესიონალებს ვებგვერდის შესაბამისი განყოფილების საკონტაქტო მონაცემების გამოყენებით.