قام البروفيسور أندريه جيم، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010 لاكتشافه مادة الجرافين - أنحف مادة عرفها العلم اليوم - بتعديلها وتحويلها إلى فلوروجرافين - وهي مادة يبلغ سمكها فارا واحدا تشبه كيميائيا المادة الفلورية. مادة مألوفة تفلون
قام علماء من جامعة مانشستر بإعداد مادة جديدة يمكن أن تحل محل أو تنافس مادة التيفلون المألوفة المستخدمة في العديد من التطبيقات، في الداخل والخارج.
قام البروفيسور أندريه جيم، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010 لاكتشافه مادة الجرافين - أنحف مادة عرفها العلم اليوم - بتغييرها الآن وتحويلها إلى فلوروجرافين - وهي مادة يبلغ سمكها فارا واحدا تشبه كيميائيا المادة الفلورية. مادة مألوفة تفلون. الفلورو-جرافين هو جرافين تم تحويله بالكامل مع ذرات الفلور وهو في الواقع الشكل ثنائي الأبعاد للتفلون، وله خصائص مماثلة، بما في ذلك المقاومة الكيميائية واستقرار الحرارة.
ونشرت نتائج البحث في النسخة الإلكترونية من المجلة العلمية Small. وكان البحث نتيجة لجهد دولي واسع النطاق شمل مجموعات بحثية من الصين وهولندا وبولندا وروسيا.
ويأمل الباحثون أن يمكن استخدام الفلوروجرافين - وهو شكل بلوري ومسطح من التيفلون جامد مثل الجرافين - كبديل أرق وأخف وزنًا للتفلون، وكذلك في تطبيقات متنوعة في مجالات الإلكترونيات والبصريات والفيزياء.
كان الجرافين، وهو مادة يبلغ سمكها ذرة واحدة ولها مجموعة واسعة من الخصائص الفريدة وغير العادية، في مركز الاهتمام العلمي منذ اكتشافها الرائد في جامعة مانشستر قبل ست سنوات. إن إمكانات هذه المادة لا تنضب تقريبًا - بدءًا من الترانزستورات السريعة للغاية إلى أجهزة الاستشعار التي يمكنها اكتشاف جسيم واحد من الغاز السام وحتى كبديل لألياف الكربون في المواد المركبة المستخدمة في بناء الطائرات المقاتلة.
اتخذ البروفيسور جيم وفريقه البحثي منظورًا جديدًا من خلال النظر إلى الجرافين باعتباره رقاقة عملاقة، مثل العديد من الرقائق الأخرى، يمكن تعديلها من خلال التفاعلات الكيميائية.
التيفلون عبارة عن سلسلة من ذرات الكربون التي تتحول بالكامل إلى ذرات الفلور (بدلاً من ذرات الهيدروجين التي كانت موجودة في الأصل). مجموعة من هذه السلاسل الطويلة، المرتبطة ببعضها البعض، تشكل مادة بوليمر التيفلون المستخدمة في مجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك المقالي غير اللاصقة.
وتمكن فريق البحث من ربط ذرات الفلور بذرات الكربون الموجودة في الجرافين. وللقيام بذلك، قام الباحثون أولاً بإعداد بلورات مفردة من الجرافين ثم تفاعلوها مع ذرات الفلور في تفاعل كيميائي. ومن أجل إثبات القدرة على الحصول على المادة الجديدة على نطاق صناعي، قام الباحثون بإعداد ورق الفلوروغرافين من مسحوق الجرافين.
واكتشف العلماء أن الفلوروغرافين مادة عازلة عالية الجودة، ولا تتفاعل مع المواد الكيميائية الأخرى، كما أنها مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، حتى في الهواء.
واحدة من أقوى الاتجاهات في أبحاث الجرافين هي الرغبة في الاستفادة من مجموعة خصائصه الإلكترونية، أي إعداد شبه موصل مع مجموعة واسعة من الجرافين المعدني. وستفتح هذه القدرة نافذة على العديد من التطبيقات الجديدة في مجالات الإلكترونيات. لقد وجد أن الفلوروجرافين هو شبه موصل ذو طيف واسع، وهو شفاف للضوء المرئي، وهذا على عكس الجرافين الذي يعرف بأنه شبه معدن.
يوضح البروفيسور جيم: "نحن بحاجة إلى تحسين الجودة الإلكترونية للفلوروغرافين قبل أن نبدأ الحديث عن تطبيقاته المحتملة في الإلكترونيات، ولكن التطبيقات الأخرى أقرب بكثير". ويضيف أحد شركاء البحث: "إن خصائص الفلوروغرافين تشبه إلى حد كبير خصائص التيفلون، ولكن المادة ليست بلاستيكية. المادة في الواقع عبارة عن بلورة مثالية يبلغ سمكها ذرة واحدة، ومثل الجرافين "الأب"، فهي أيضًا قوية ميكانيكيًا. تتيح هذه الميزة تطوير تطبيقات لم تكن موجودة من قبل. على سبيل المثال، نعتزم استخدام الفلوروغرافين كمكون نقل رفيع للغاية لتطوير الأجهزة الباعثة للضوء والثنائيات."
"يمكن أن تكون التطبيقات الأبسط هي تلك التي يتم فيها استخدام التفلون اليوم، مثل طبقة واقية رقيقة جدًا، أو كحشو للمواد المركبة إذا كان من الضروري استخدام القوة الميكانيكية للجرافين مع تجنب التوصيل الكهربائي أو العتامة البصرية للأصل. مادة."
لا ينبغي أن يشكل الإنتاج الصناعي للفلوروجرافين تحديًا خاصًا لأنه سيعتمد على نفس الخطوات المتبعة في الإنتاج التجاري للجرافين نفسه. ويعتقد الباحثون أن الخطوة المهمة التالية ستكون إعداد نماذج أولية للأجهزة التي ستظهر القدرات الفريدة للمادة الجديدة.
ويضيف البروفيسور جيم: "ليس هناك أي فائدة من استخدامه كبديل خالص للتفلون. إن الجمع بين الخصائص الخاصة للجرافين والتفلون مغري جدًا بحيث لا يتعين عليك توسيع نطاق إبداعك كثيرًا للتفكير في التطبيقات الممكنة للتفلون ثنائي الأبعاد. والتحدي يكمن بالفعل في الاستفادة من هذا التفرد."
تعليقات 7
دعونا ننكب على العمل - حرفيًا.
مع الغراء
لا أفهم كيف تلصق التيفلون بالمقلاة إذا لم يكن من المفترض أن تلتصق بأي سطح
أحسنت
لم يسبق لك أن تذوقت عجة البيض حتى تذوقت عجة مقلية على فلورو جرافين ثنائي الأبعاد!
آسف على الجهل، لكن ما هو التطبيق العملي الذي يمكن أن يقدمه سطح بسمك جزيء واحد؟ عاصفة من الرياح، انفجار عرضي للإشعاع أو تغير طفيف في درجة الحرارة، وسوف يختفي السطح أو يتأكسد