إيروجيل الغرافين: المادة الصلبة الأخف وزناً

مع استمرار التقدم في علوم المواد تزداد صعوبة تعريف ما هو صلب، والمادة التي سنتكلم عنها اليوم هي مادة صلبة لكنها تزاحم بعض الغازات على بعض خواصها مثل الكثافة. هذه المادة هي الهلام الغازي أو "ايروجيل" حيث كانت دراسة هذه المادة هدفاً للبحث على مدى عقود، وذلك بغية الحصول على مواد تتمتع بأقل كثافة ممكنة. أما الآن فقد حطم فريق من الباحثين من جامعة تشيانغ في الصين في قسم علوم البوليمرات والهندسة الرقم القياسي لأدنى كثافة لمادة صلبة وذلك بالاعتماد في تصنيعها على الغرافين.

وعادةً ما يتكون الهلام الغازي "Aerogel" من مركبات السيليكا أو الكربون ويحظى الايروجيل بتقدير كبير لما يتمتع به من قوة تحمل والعزل الحراري. وتسمى هذه العائلة من المواد أحيانا "الدخان المتجمد" بسبب مظهرها الضبابي.

ففي عام 2012 تم تصنيع ايروجيل من الغرافيت وسمي "Aerographite"حيث بلغت كثافته الصلبة 0.18 ملغ / سم3 أما الايروجيل الذي صنعته جامعة تشيانغ من الغرافين فقد بلغت كثافته الصلبة 0.16 ملغ/ سم3 فقط.

وبالنظر لهذه الأرقام نرى أن الايروجيل الجديد (ايروجيل الغرافين) يتمتع بكثافة أقل من كثافة الهليوم وضعف كثافة الهيدروجين. ويشار إلى أن كثافة الهواء الذي نتنفسه تبلغ حوالي 1.2ملغ/سم3 أي أنه أثقل من ايروجيل الغرافين بسبع مرات ونصف. نعم إن هذه المادة هي أقل كثافة من الهواء إلا أنها صلبة وليست غازية. ويمكن لقطعة من ايروجيل الغرافين بحجم بضعة سنتيمترات أن تُوضع على وردة دون أن تثني أوراقها نظراً لخفة وزنها كما هو موضح في الصورة.

وقد قام مختبر جامعة تشيانغ بقيادة البروفيسور غاو تشاو بتصنيع هذه المواد (ايروجل الغرافين) عن طريق التوسع في التقنيات التي كانت تستخدم لصنع رقائق الغرافين ثنائية الأبعاد حيث اعتبرت هذه التقنية بمثابة حجر الاساس للوصول إلى مادة خفيفة على نحو لا يصدق. وكما نعلم يتكون الغرافين من طبقة واحدة من ذرات الكربون إلا أن الباحثين قد تمكنوا ببساطة وعبر استخدام عملية التجفيف بالتجميد من تكديسها بطريقة ثلاثية الأبعاد.

ويقول البروفيسور غاو: تستخدم في عملية التجفيف محاليل من أنابيب الكربون النانوية، مما يلغي الحاجة للقالب كما هو الحال في معظم عمليات تصنيع الايروجيل حيث يعتمد حجم الهلام على حجم الحاوية التي يصنع فيها. ويعتقد غاو انه باستخدام هذه التقنية يمكن صنع مكعبات ايروجيل يصل حجمها لآلاف السنتيمترات المكعبة حيث تكون الأنابيب النانوية بمثابة هيكل أو بنية تقوم بتثبيت طبقات الغرافين مع بعضها الأمر الذي يسهل عملية انتاجها.

يتمتع ايروجيل الغرافين ببعض الخصائص المذهلة التي يمكن أن تستخدم في العديد من الصناعات. فهذه المادة مرنة بشكل لا يصدق حيث يمكنها أن تعود إلى شكلها الأصلي بعد أن يتم إزالة الضغط عنها. الميزة الأخرى التي تتمتع بها هي كثافتها المنخفضة ما يجعلها مادة ماصة للغاية حيث يمكن لواحد غرام من ايروجيل الغرافين امتصاص كمية تفوق وزنه ب 900 مرة من المواد العضوية كالنفط. وقد يأتي اليوم الذي تكون فيه عملية التنظيف البيئي عبارة عن نشر قطع من ايروجيل الغرافين في منطقة ملوثة بالنفط ليتم جمعها في وقت لاحق بعد أن تمتصه.

وبعيداً عن الجوانب البيئية، يمكن أن يكون لهذه المادة تطبيقات في تخزين الطاقة ونقلها وقد تمت دراسة الغرافين على نطاق واسع لناقليته الكهربائية العالية. حقاً انها مادة خام مدهشة.

يمكنكم أيضاً مراجعة مقالنا بخصوص الإيروجيل بشكل عام هنا

المصادر :

هنا

هنا

مصادر الصور :

هنا

هنا

هنا