ამ სტატიაში განვიხილავთ, თუ რას ნიშნავს გრაფენი და გრაფენის საპოხი, ასევე როგორ გავაუმჯობესოთ გრაფენის საპოხი მასალების ოპერაციული თვისებები მორევის ფენის მოწყობილობის გამოყენებით.

2010 წელს ნობელის პრემია ფიზიკაში მიენიჭათ ა. გეიმს და კ. ნოვოსელოვს, რომლებმაც ჩაატარეს ინოვაციური ექსპერიმენტები გრაფენის ორგანზომილებიანი მასალის შესახებ. მას შემდეგ ათ წელზე ცოტა მეტი გავიდა და გრაფენმა უკვე იპოვა გამოყენება მრავალ ინდუსტრიაში. ჯერჯერობით გრაფენის ფართომასშტაბიანი გამოყენება მისი შედარებით მაღალი ფასით იყო შეზღუდული, მაგრამ მასალის წარმოების ტექნოლოგიების გაუმჯობესებასთან ერთად მისი ფასიც შემცირდება, რაც უკვე შეინიშნება ახლაც.

რას ნიშნავს გრაფენი?

გრაფენის, როგორც მასალის მთავარი მახასიათებელია მისი ატომური კრისტალის ორგანზომილებიანი. კრისტალი შედგება ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებიც განლაგებულია ექვსკუთხა ბადეში. შესაძლებელია წარმოვიდგინოთ, როგორ გამოიყურება გრაფენის გისოსის მოდელი, თუ ცარიელი თაფლის ზედა ფენა საგულდაგულოდ არის მოჭრილი მათი ბრტყელი ფუძის პარალელურად. შედეგად, ჩვენ დავინახავთ სიბრტყის ბადეს იდენტური ექვსკუთხა უჯრედებით – ასე გამოიყურება გრაფენის ერთშრიანი კრისტალური სტრუქტურა.
სურათი 1 – გრაფენის ბოჭკოები სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის მეშვეობით

გრაფენის წარმოება

გრაფინი იწარმოება გრაფიტიდან, რადგან გრაფიტი არსებითად არის გრაფენის ცალკეული ფენების დასტა. ეს ნიშნავს, რომ დავალება ვიწროვდება ფენის გულდასმით განცალკევებამდე. ზედა ფენის მოსაშორებლად, მაგალითად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას წებოვანი ლენტი (სკოჩი), რომელიც გადადის სუბსტრატის ზედაპირზე საუკეთესო გრაფიტის კრისტალებთან ერთად. თუ მიღებული გრაფენის კრისტალების ადჰეზია სუბსტრატზე უფრო მაღალია, ვიდრე მათი ერთმანეთზე გადაბმა, მაშინ გრაფენის კრისტალები რჩება სუბსტრატის ზედაპირზე.

არსებობს გრაფენის წარმოების სხვა მეთოდები, მაგალითად, ქიმიური სტრატიფიკაცია. გრაფიტი მუშავდება მჟავებთან ერთად ჰიდროფილური გრაფენის ოქსიდების (გრაფონების) წარმოქმნით, რომლებიც შემდეგ მცირდება დაბალი ხარისხის გრაფენამდე.

გრაფენის გამოყენება

გრაფენის გამოყენება მუდმივად ფართოვდება მისი თვისებების გამო: მაღალი გამტარობა და თბოგამტარობა, სიმტკიცე და ჰიდროფობიური ბუნება. გრაფენის ცნობილი აპლიკაციები:

• გრაფენის სუბსტრატების წარმოება ნიმუშების სპექტროსკოპიით გამოსაკვლევად;
• გრაფენის გამჭვირვალე გამტარი საფარების წარმოება მზის უჯრედებისთვის და თხევადკრისტალური დისპლეებისთვის;
• გრაფენის ინტეგრირებული მიკროსქემების წარმოება;
• გრაფენის საველე ეფექტის მქონე ტრანზისტორების წარმოება;
• სმარტფონების თერმორეგულაციაში გამოყენება;
• მრავალჯერადი დატენვის ბატარეებში გამოყენება;
• კომპოზიტური მასალების წარმოება;
• საპოხი ცხიმის წარმოება და ა.შ.

მოდით განვიხილოთ გრაფენის გამოყენება საპოხი ცხიმის წარმოებაში უფრო დეტალურად.

საპოხი ცხიმი -რატომშეიცავს გრაფენს მასში?

საპოხი მასალების მთავარი დანიშნულებაა ხახუნის შემცირება და, შემდგომში, ურთიერთდაკავშირებული ზედაპირების ცვეთა. ახლა წარმოიდგინეთ, რომ თქვენ გაქვთ ცირკონიუმის ოქსიდისა და სილიკონის ვაფლისგან დამზადებული ბურთის ფორმის ნიმუში. თუ ვაფლზე ამ ბურთის ორმხრივი მოძრაობის შესრულებას დაიწყებთ, 10-15 წუთში ვაფლის ზედაპირზე წარმოიქმნება “ღარი”. თუ გრაფენის უწვრილესი ფენა (არაუმეტეს 1 ნმ) ახალ სილიკონის ვაფლზე დაიტანება რაიმე ფორმით და შემდეგ ჩატარდება ტესტები ბურთის ორმხრივი მოძრაობით, მაშინ ვაფლი ხელუხლებელი დარჩება. ამ შემთხვევაში, ხახუნის კოეფიციენტი დაბალი იქნება და ძნელად შეიცვლება დიდი ხნის განმავლობაში. გრაფენის თვისება, შეინარჩუნოს ხახუნის დაბალი კოეფიციენტი, შენარჩუნებულია როგორც სველ, ასევე მშრალ გარემოში.

გრაფენის კიდევ ერთი სასარგებლო თვისება ის არის, რომ ის აცილებს წყალს და არ აძლევს ჰაერს გავლის საშუალებას; სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ანელებს ოქსიდაციურ პროცესებს ლითონების ზედაპირზე. ეს ყველაფერი კარგი წინაპირობაა გრაფენის გამოსაყენებლად საპოხი ცხიმის წარმოებაში.

გრაფენის საპოხი – წარმოების განსაკუთრებული ასპექტები

ზოგადად, ლუბრიკანტი არის ნივთიერება, რომელიც შედგება თხევადი ფუძისგან (დისპერსიული საშუალება), მყარი შემასქელებელი (დისპერსირებული ფაზა) და დანამატებისგან (მინარევები). გრაფენის თავისებურება ის არის, რომ მისი გამოყენება შესაძლებელია როგორც გასქელება, ასევე დანამატი, რომელიც უზრუნველყოფს ლუბრიკანტის კარგ ტრიბოლოგიურ მახასიათებლებს. თუმცა, ამ მახასიათებლების მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ გრაფენი თანაბრად არის განაწილებული საპოხი მასალის მოცულობაში, მიუხედავად იმისა, გამოიყენება თუ არა იგი შედარებით დიდი რაოდენობით (როგორც გასქელება) თუ მცირე რაოდენობით (როგორც დანამატი). ჩვეულებრივი მექანიკური მიქსერები ვერ უმკლავდებიან ამ ამოცანას, რაც არ იძლევა საპოხი მასალის ოპტიმალური ტრიბოლოგიური მახასიათებლების მიღწევის საშუალებას.

ფერომაგნიტური ნაწილაკების მორევის ფენის მოწყობილობა (AVS) დაგეხმარებათ ინგრედიენტების კარგ შერევასა და ერთგვაროვან განაწილებაში.

Vortex ფენის მოწყობილობა გრაფენის საპოხი მასალებისთვის

მორევის ფენის მოწყობილობა არის მოწყობილობა, რომელიც შედგება მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველის ინდუქტორისგან, არამაგნიტური მასალისგან დამზადებული სამოქმედო კამერისგან და ფერომაგნიტური ნაწილაკებისგან ათეულიდან ასამდე ცალი ოდენობით. ნაწილაკები მოთავსებულია საოპერაციო პალატაში, რომელიც მდებარეობს მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველის გავლენის ზონაში, რომელიც გამოწვეულია ინდუქტორის გრაგნილზე ძაბვის გამოყენების შემდეგ. ველით ამოძრავებული, ნაწილაკები იწყებენ მოძრაობას, რის შემდეგაც ისინი მუდმივად ეჯახებიან ერთმანეთს და სამოქმედო კამერის კედლებს. ის ართულებს ნაწილაკების მოძრაობის ტრაექტორიას. ამ შემთხვევაში, ფენომენები, რომლებიც ხელს უწყობენ გრაფენის საპოხი მასალის ეფექტურ დამუშავებას, ერთდროულად წარმოიქმნება საოპერაციო პალატაში:

• აკუსტიკური ვიბრაციები;
• კავიტაცია;
• მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველი;
• თითოეული ფერომაგნიტური ნაწილაკების შერევის ეფექტი და ა.შ.

ეს ფაქტორები უზრუნველყოფს ინგრედიენტების ეფექტურ შერევას და მათ ერთგვაროვან განაწილებას მთელ მოცულობაში. ძალიან მნიშვნელოვანია, როდესაც გრაფენი გამოიყენება დანამატად 0,1%-ის ოდენობით, მაგალითად. ამ მხრივ, AVS უნიკალური მოწყობილობაა, რადგან ის თანაბრად ანაწილებს ნივთიერების ასეთ მცირე რაოდენობასაც კი საპოხი მასალის მოცულობაში.

თუ გრაფენი გამოიყენება გასქელებად 10-12%-ის ოდენობით, მაგალითად, მაშინ ინგრედიენტების წინასწარი შერევა შეიძლება განხორციელდეს ჩვეულებრივი მიქსერების საშუალებით და მიღებული ნარევი დამატებით დამუშავდეს მორევის ფენის მოწყობილობაში.

მორევის ფენის მოწყობილობების გამოყენება გრაფენის საპოხი მასალების წარმოებაში აუმჯობესებს ტრიბოლოგიურ მახასიათებლებს (ხახუნის და ცვეთის კოეფიციენტები) სხვა აღჭურვილობის (მიქსერები, წისქვილები და ა.შ.) გამოყენებით მიღებულ იგივე მახასიათებლებთან შედარებით.

AVS-ის პერსპექტიული გამოყენება — გრაფიტის საპოხი მასალის მექანიკური გააქტიურება

გამოცდილება, რომელიც ჩვენ მივიღეთ მორევის ფენის მოწყობილობების პრაქტიკული გამოყენების თვალსაზრისით, მიუთითებს იმაზე, რომ ისინი გვთავაზობენ გრაფიტის საპოხი მასალების მექანიკური გააქტიურების პერსპექტივებს.

ჰიპოთეზის არსი შემდეგია. გრაფიტის საპოხი მასალების მორევის ფენის მოწყობილობაში დამუშავებისას მცირდება ნაწილაკების ზომა და გრაფიტის ფენა; სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, შეიძლება ჩამოყალიბდეს გრაფენის სტრუქტურები, რომლებიც გააუმჯობესებენ გრაფიტის საპოხი მასალების ტრიბოლოგიურ მახასიათებლებს.

მორევის ფენის მოწყობილობების უპირატესობები

მორევის ფენის მოწყობილობების გამოყენებას გრაფენის საპოხი მასალების წარმოებაში აქვს შემდეგი უპირატესობები:

• მოწყობილობა თანაბრად ანაწილებს გრაფენს საპოხი მასალის მოცულობაში, მიუხედავად რაოდენობისა, პროცენტის მეათედამდე და მეასედამდე.
• მოწყობილობა არ მოიხმარს დიდ ენერგიას. GlobeCore აწარმოებს მორევის ფენის მოწყობილობის AVS-100 და AVS-150 მოდელებს, რომლებსაც აქვთ სიმძლავრის მოთხოვნა, შესაბამისად, 4.5 და 9 კვტ.
• მორევის ფენის მოწყობილობაში ინგრედიენტების შერევის პროცესი ძალიან სწრაფად მიმდინარეობს (წამებში და წუთებში) გამაძლიერებელი ფაქტორების გავლენის გამო ულტრაბგერითი, კავიტაციის, მაღალი ადგილობრივი წნევის, მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველის და ა.შ.
• მოწყობილობა მუშაობს ნაკადის რეჟიმში და შეიძლება ადვილად იყოს ინტეგრირებული გრაფენის საპოხი მასალების წარმოების არსებულ ტექნოლოგიურ ხაზებში, როგორც ძირითადი მიქსერის ნაცვლად ავზით (იატაკზე სივრცის დაზოგვა) და როგორც მათ შემდეგ დამონტაჟებული ინგრედიენტების დამატებითი დამუშავებისთვის.
• მოწყობილობა მარტივი და უპრეტენზიოა მოვლაში. მას არ აქვს ხახუნის კომპონენტები, რომლებიც საჭიროებენ მუდმივ მომსახურებას.
• გამძლეობა. მოწყობილობების მომსახურების ვადა შეიძლება მიაღწიოს ათწლეულებს, რაც დამოკიდებულია საოპერაციო პირობებზე.

დამატებითი ინფორმაციისთვის და ექსპერიმენტის შეკვეთისთვის, გთხოვთ, გამოიყენოთ ჩვენი ვებსაიტის შესაბამის განყოფილებაში მოცემული საკონტაქტო ინფორმაცია.