كيفية استخدام الغرافين وأنواعه

يُعَدُّ الغرافين خليفة للسيليكون في مجال الإلكترونيات كموصل مرن وشفاف يمكن استخدامه لإنتاج الخلايا الشمسية، وشاشات اللفائف، واللوحات اللمسية، وكذلك مصابيح LED، كما أنه يزيد من تردد الإشارة الكهرومغناطيسية؛ ما يسمح بإنتاج ترانزستورات أسرع.

اقرأ ايضاً توقعات بتصدر شاشات اللمس لصناعة الإلكترونيات

التطبيقات العلمية وتتطورها في الغرافين

فتحت الخصائص الإلكترونية والضوئية والحرارية والميكانيكية للجرافين الباب أمام عديد من التطبيقات العملية والتجارية، ووفقًا للخبراء سوف تتطور تلك التطبيقات ديناميكيًّا في العقود القادمة.

تُعد المستشعرات المصنوعة من الغرافين أيضًا ذات أهمية كبيرة؛ نظرًا لحساسيتها الاستثنائية، فهي قادرة على اكتشاف الجزيئات الفردية للمواد الخطرة، وبالتالي فهي تسهل المراقبة البيئية.

أكسيد الغرافين الموزَّع في الهواء لديه أيضًا القدرة على إزالة التلوث الإشعاعي، لذا في كل عام تزداد احتمالية تطوير منتجات جديدة باستخدام الغرافين.

اقرأ ايضاً الطاقة الشمسية ببساطة

أكثر المجالات لتطبيق الغرافين

1. شبكات الطاقة الحديثة.
2. مصادر الضوء الموفرة للطاقة.
3. أشباه الموصلات المستخدمة في أجهزة سبينترونيك.
4. الطلاءات الأكثر فعالية ضد التآكل.
5. تنقية المياه من أجل التنقية والتحلية.
6. أنظمة الاتصالات الإلكترونية البصرية.

بالإضافة إلى ذلك توجد اقتراحات حول الاستخدام الواعد للغرافين لإنتاج عناصر هيكلية أخف وأقوى للسيارات والطائرات والمركبات الفضائية والأجهزة، بالاشتراك مع المواد الاصطناعية مثل المطَّاط، ويمكن استخدامه لإنشاء مطَّاط موصِل حراريًّا على سبيل المثال.

استنادًا إلى الغرافين، استخدم بالفعل في تطوير ورق قوي للغاية قادر على توصيل الكهرباء.

اقرأ ايضاً لغات برمجة المواقع الإلكترونية

الغرافين وتطبيقه الطبي

وتجدر الإشارة أيضًا إلى إمكانية استخدام الغرافين في مجال الطب الحيوي، سواء في المجالات التشخيصية أم العلاجية كحامل للأدوية، ويتميز أكسيد الغرافين بتوافق حيوي عالٍ، وقابلية ذوبان ممتازة.

وبالتالي فإنه يسمح بجرعات دقيقة من العوامل المضادة للالتهابات، والمضادة للسرطان، وكذلك الإنزيمات والمعادن.

الغرافين وأهميته

حقيقة إن الغرافين موصل ممتاز للحرارة، ويستخدم أيضًا لقتل الأورام السرطانية، كما أن ظاهرة الاجتثاث الحراري تجعل من الممكن استخدام الحرارة المتراكمة لتقليل الألم في الأنسجة؛ لذا يجري العمل بالفعل لإنتاج الملحقات الطبية والملابس الساخنة.

تستخدم أوراق الغرافين أيضًا كمستشعرات حيوية، ويمكنها المساعدة في تشخيص السرطان والحالات العصبية مثل، الصرع أو مرض باركنسون؛ باستخدام الأجهزة المحمولة.

من المتوقع أن يحدث مسبار الغرافين الذي طوره البولنديون ثورة في أبحاث تخطيط القلب؛ ما يسمح بأخذ القياسات من مستوى القلب.

توفر الخصائص المضادة للبكتيريا للجرافين أيضًا فرصة لمعالجة الأزمة المرتبطة بمقاومة البكتيريا المتزايدة للمضادات الحيوية، والتي على أساسها يمكن إنشاء عوامل مخصصة للعلاج المحلي للعدوى وتطهير الجروح.

تبدو إمكانية استخدام الغرافين في هندسة الأنسجة واعدة جدًّا، كذا إطار الكربون المبتكر متين للغاية من الناحية الميكانيكية، وتشير الدراسات إلى أنه يسرِّع تمايز الخلايا الجذعية، ويعزز التعافي سريعًا.

الغرافين والتقنيات الميكانيكية

منذ عام 2014، زاد إنتاج الغرافين على نطاق واسع للأغراض التجارية، وأدَّت التقنيات الميكانيكية الدقيقة الجديدة إلى خفض تكلفة المواد حاليًّا، والمنتجون الرئيسون هم الولايات المتحدة والصين؛ لوجود كميات كبيرة من الجرافيت غير المتبلور الرخيص.

يجب أن يكون الغرافين اللازم للإلكترونيات مصنوعًا من الجرافيت ذي الجودة الكافية، ويتطلَّب هذا بلورات مسطحة ومرتبة ذات معالجة خاصة، وفقًا لذلك يكون سعر المادة أعلى.

نجح العلماء الكُوريُّون في تطوير طريقة فعالة واقتصادية لإنتاج الغرافين؛ عن طريق ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، وعيب هذا الحل هو انخفاض جودة المادة وارتفاع معدل الخلل، ومع ذلك بالنسبة لبعض التطبيقات هذه ليست مشكلة.

أسهم البُولنديُّون أيضًا في تطوير طرق مبتكرة لإنتاج الغرافين، وحصل معهد تكنولوجيا المواد الإلكترونية في وارسو على براءة اختراع لإنتاج مادة كربيد السيليكون.

في عام 2015 طور علماء من جامعة لودز تقنية HGSM المتقدمة، والتي تجعل من الممكن إنتاج صفائح عالية الجودة كبيرة الحجم من المرحلة السائلة.

الغرافين وتأثيرهم علي الإنسان

يثير الغرافين باعتباره مادة جديدة نسبيًا شكوكًا مفهومة بسبب تأثيره المحتمل على صحة الإنسان، حتى إنه توجد ادعاءات بأن البنية الرقيقة والخفيفة للجرافين تخترق الرئتين بسهولة؛ ما يُشكِّل تهديدًا مشابهًا للغبار أو حتى ألياف الأسبستوس.

وتشير الدراسات الصينية إلى أنه يمكن ترسيب جزيئات الكربون النانوية ثنائية الأبعاد في الأعضاء الداخلية.

يوجد أيضًا خطر نظري يتمثل في أن الغرافين يمكن أن يضر بالنباتات والحيوانات عن طريق أن ينتهي به الأمر في المياه السطحية والجوفية، حيث يمكن أن تستقر الجزيئات الصغيرة على ضفاف المسطحات المائية وتزيد من مستوى عسر الماء.

هل الغرافين آمنين علي الإنسان؟

ومع ذلك وفقًا للمعرفة الحالية فإن الغرافين غير سام، وليس له صلة بالمواد الخطرة، وبالتالي التأثير المحتمل منخفض للغاية أو ضئيل، ولا تظهر عليه خصائص مزعجة عند ملامسته للجلد، وتُظهر الدراسات الدولية أن الاستنشاق أيضًا لا يسبب تفاعلات مناعية ضارة.

بوجد إجماع عام في المجتمع العلمي فيما يتعلق بالحاجة إلى مزيد من البحث في خصائص وتطبيقات الغرافين، بما في ذلك سلامته، وسيعملون على تحسين استخدام المواد المبتكرة، مع مراعاة التأثير طويل المدى على البشر والبيئة.