تعتمد تقنية “جراف أير” على تسخين زيت فول الصويا المستخدم في طهي الطعام في فرن خاص أنبوبي الشكل لمدة 30 دقيقة، مما يؤدي إلى تفكُّك الكربون الموجود بالزيت إلى وحداته البنائية، كما يوضح الفريق البحثي من مؤسسة الكومنولث الأسترالية للبحوث العلمية والصناعية ((CSIRO.
بعد ذلك يتم تبريد الكربون بشكل سريع على رقاقة من مادة النيكل، مما يسمح بتكوُّن شريحة رقيقة للغاية من الجرافين يقدر سُمكها بنانو متر واحد فقط –جزء من المليون من الملليمتر– أي أن تلك الطبقة أرفع من شعرة رأس الإنسان بحوالي 800 ألف مرة.
“هذه الطريقة في تصنيع الجرافين سريعة، وبسيطة، وآمنة، إلى جانب أنها قابلة للتطوير والدمج مع طرق أخرى”، كما يقول د. زاو جون هان، أحد الباحثين المشاركين في الدراسة المنشورة بدورية ”Nature Communications“ نهاية يناير2017.
شفاف وخفيف وصلب
والجرافين هو أحد الصور المختلفة لعنصر الكربون كالفحم والماس، ولكن على هيئة طبقة رقيقة للغاية يبلغ سُمكها ذرة كربون واحدة؛ إذ تتشكل ذرات الكربون في تلك الطبقة في صورة أشكال سداسية مترابطة فيما يشبه خلايا النحل.
وأهم ما يميزه هو خصائصه المذهلة من كونه شفافًا وخفيفًا للغاية، وأقوى من الصلب بمئتي مرة، وأصلد من الماس، كما يتمتع بمرونة عجيبة، كما أنه يعمل كموصل فائق للكهرباء -تحت ظروف خاصة– دون أية مقاومة على الإطلاق، كل تلك الخصائص تجعله المادة المثالية للاستخدام في عدد من التطبيقات التكنولوجية الواعدة.
إن الطرق المعتادة لتحضير الجرافين في المعمل ذات تكلفة عالية وتستهلك وقتًا طويلًا، وذلك لأنها تتم في ظروف غير تقليدية من تفريغ للهواء ووجود حرارة فائقة واستخدام مكونات نقية للغاية، إلا أن الطريقة الجديدة أسهل وأسرع وأقل تكلفة من الطرق السابقة بعشرة أضعاف، كما صرح “زاو” لمحطة الإذاعة الأسترالية.
ويوضح محمود داوود -باحث في مجال تكنولوجيا النانو في الجامعة الأمريكية بالقاهرة، ومحاضر زائر بمدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا-: “من وجهة نظر معملية، إن هذه الطريقة الجديدة ستؤدي إلى خفض تكلفة إنتاج الجرافين بشكل كبير”.
وهو -كما يرى داوود- ما سيؤدي إلى إتاحة استخدام تلك المادة على نطاق واسع في الصناعة، وهو ما يَعِدنا بإمكانات هائلة في مختلِف المجالات. “إن التطبيقات المحتملة لذلك هائلة، فتلك التقنية من الممكن أن تبدأ ثورة الجرافين. إذ يمكن استخدام تلك المادة المبهرة في تصنيع أي شيء، كالأجهزة الإلكترونية وبطاريات الهواتف النقالة ومرشحات الهواء، بالإضافة إلى الأجهزة الطبية”.
عقبات أمام الباحثين
على الرغم من الوعود الهائلة التي تعدنا بها تقنية “جراف أير”، لكن حتى هذه اللحظة لم يتمكن الفريق البحثي الأسترالي من تحضير رقاقة من الجرافين تربو أبعادها على 5 سنتيمترات للطول وسنتيمترين للعرض.
هذه العقبة تدعونا للتساؤل حول إمكانية استخدام تلك الطريقة رغم قلة تكلفتها على نطاق صناعي وتجاري واسع، يعلق على ذلك داوود قائلًا: “على العلماء إيجاد طريقة فعالة لإنتاج الجرافين على نطاق واسع لتخرج تلك المادة من المعمل إلى حياتنا اليومية”.
وهذا ما يعمل عليه الآن الفريق البحثي المكتشف لطريقة “جراف أير” كما يوضح جون هان لـ”للعلم”: “إن خطواتنا القادمة لتطوير تقنيتنا لتصنيع شرائح أكبر من الجرافين هي استخدام حجرة تفاعل أكبر تحوي مواد تفاعل أكثر، بالإضافة إلى التحكم في ظروف تكوُّن الجرافين”. وبهذا يكون العلماء قاب قوسين أو أدنى من ثورة الجرافين المنتظرة.
“جراف أير”.. تحويل زيت الطعام إلى جرافين
Credit: GETTY
تعتمد تقنية “جراف أير” على تسخين زيت فول الصويا المستخدم في طهي الطعام في فرن خاص أنبوبي الشكل لمدة 30 دقيقة، مما يؤدي إلى تفكُّك الكربون الموجود بالزيت إلى وحداته البنائية، كما يوضح الفريق البحثي من مؤسسة الكومنولث الأسترالية للبحوث العلمية والصناعية ((CSIRO.
بعد ذلك يتم تبريد الكربون بشكل سريع على رقاقة من مادة النيكل، مما يسمح بتكوُّن شريحة رقيقة للغاية من الجرافين يقدر سُمكها بنانو متر واحد فقط –جزء من المليون من الملليمتر– أي أن تلك الطبقة أرفع من شعرة رأس الإنسان بحوالي 800 ألف مرة.
“هذه الطريقة في تصنيع الجرافين سريعة، وبسيطة، وآمنة، إلى جانب أنها قابلة للتطوير والدمج مع طرق أخرى”، كما يقول د. زاو جون هان، أحد الباحثين المشاركين في الدراسة المنشورة بدورية ”Nature Communications“ نهاية يناير2017.
شفاف وخفيف وصلب
والجرافين هو أحد الصور المختلفة لعنصر الكربون كالفحم والماس، ولكن على هيئة طبقة رقيقة للغاية يبلغ سُمكها ذرة كربون واحدة؛ إذ تتشكل ذرات الكربون في تلك الطبقة في صورة أشكال سداسية مترابطة فيما يشبه خلايا النحل.
وأهم ما يميزه هو خصائصه المذهلة من كونه شفافًا وخفيفًا للغاية، وأقوى من الصلب بمئتي مرة، وأصلد من الماس، كما يتمتع بمرونة عجيبة، كما أنه يعمل كموصل فائق للكهرباء -تحت ظروف خاصة– دون أية مقاومة على الإطلاق، كل تلك الخصائص تجعله المادة المثالية للاستخدام في عدد من التطبيقات التكنولوجية الواعدة.
إن الطرق المعتادة لتحضير الجرافين في المعمل ذات تكلفة عالية وتستهلك وقتًا طويلًا، وذلك لأنها تتم في ظروف غير تقليدية من تفريغ للهواء ووجود حرارة فائقة واستخدام مكونات نقية للغاية، إلا أن الطريقة الجديدة أسهل وأسرع وأقل تكلفة من الطرق السابقة بعشرة أضعاف، كما صرح “زاو” لمحطة الإذاعة الأسترالية.
ويوضح محمود داوود -باحث في مجال تكنولوجيا النانو في الجامعة الأمريكية بالقاهرة، ومحاضر زائر بمدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا-: “من وجهة نظر معملية، إن هذه الطريقة الجديدة ستؤدي إلى خفض تكلفة إنتاج الجرافين بشكل كبير”.
إعلان
وهو -كما يرى داوود- ما سيؤدي إلى إتاحة استخدام تلك المادة على نطاق واسع في الصناعة، وهو ما يَعِدنا بإمكانات هائلة في مختلِف المجالات. “إن التطبيقات المحتملة لذلك هائلة، فتلك التقنية من الممكن أن تبدأ ثورة الجرافين. إذ يمكن استخدام تلك المادة المبهرة في تصنيع أي شيء، كالأجهزة الإلكترونية وبطاريات الهواتف النقالة ومرشحات الهواء، بالإضافة إلى الأجهزة الطبية”.
عقبات أمام الباحثين
على الرغم من الوعود الهائلة التي تعدنا بها تقنية “جراف أير”، لكن حتى هذه اللحظة لم يتمكن الفريق البحثي الأسترالي من تحضير رقاقة من الجرافين تربو أبعادها على 5 سنتيمترات للطول وسنتيمترين للعرض.
هذه العقبة تدعونا للتساؤل حول إمكانية استخدام تلك الطريقة رغم قلة تكلفتها على نطاق صناعي وتجاري واسع، يعلق على ذلك داوود قائلًا: “على العلماء إيجاد طريقة فعالة لإنتاج الجرافين على نطاق واسع لتخرج تلك المادة من المعمل إلى حياتنا اليومية”.
وهذا ما يعمل عليه الآن الفريق البحثي المكتشف لطريقة “جراف أير” كما يوضح جون هان لـ”للعلم”: “إن خطواتنا القادمة لتطوير تقنيتنا لتصنيع شرائح أكبر من الجرافين هي استخدام حجرة تفاعل أكبر تحوي مواد تفاعل أكثر، بالإضافة إلى التحكم في ظروف تكوُّن الجرافين”. وبهذا يكون العلماء قاب قوسين أو أدنى من ثورة الجرافين المنتظرة.
إعلان
أبحاث الجرافين في العالم العربي
إن البحوث المتعلقة بالجرافين في عالمنا العربي تتزايد بشكل مستمر، فوفقًا لدراسة نُشرت في نهاية عام 2015، تضاعف عدد الأبحاث المنشورة حول الجرافين في الشرق الأوسط ثماني مرات في غضون خمس سنوات فقط بين 2010 و2014.
ووفقًا للدراسة المنشورة على موقع Statnano تتصدر المملكة العربية السعودية قائمة الدول العربية من حيث عدد أبحاث الجرافين المنشورة، تليها في الترتيب مصر ثم الإمارات العربية المتحدة.
أما الموضوعات التي شملتها الأبحاث، فتتنوع اتجاهاتها بشكل كبير بين تصنيع الجرافين وتحليله وتوصيف خصائصه، وبين استخداماته المتعددة في حقول الإلكترونيات والطاقة المتجددة وتنقية المياه.
يعلق أحمد عبد المنعم -أستاذ هندسة وعلوم المواد بالجامعة المصرية اليابانية للعلوم والتكنولوجيا- لـ”للعلم”: “في مصر تم إنشاء معمل خاص بأبحاث الجرافين في 2009، بالتعاون مع العالِمة المصرية الراحلة “منى بكر”، أنتج العديد من الأوراق البحثية المهمة عن طرق تحضير الجرافين بصور وأشكال مختلفة ذات خصائص أفضل وبتكلفة أقل”.
أما مستقبل تلك الأبحاث فعنه أضاف عبد المنعم: “لقد توصلنا إلى طريقة خاصة لتحضير جرافين مرن على أسطح مرنة، مما سيمكننا من استخدامه في الإلكترونيات المرنة. وهذا ما سيتم التركيز عليه خلال الفترة القادمة”.
