Графен өндірісі жас және перспективалы сала болып табылады. Бұл жас, өйткені графен жақында ашылды – он бес-он алты жыл бұрын. Және бұл графеннің қызықты және біршама ерекше қасиеттеріне байланысты перспективалы.
Графен дегеніміз не және ол неге қызықты?
Екі өлшемді кристалдық торы бар материалдардың жоқтығы ұзақ уақыт бойы жалпы қабылданған. Бірақ 2000 жылдардың басында британдық физиктер Гейм мен Новоселов эксперименттер бастады, нәтижесінде графен деп аталатын екі өлшемді кристалды ашумен аяқталды. Графен торы алтыбұрышты құрылым түрінде жазықтықта орналасқан көміртегі атомдарынан тұрады. Үлгі сыртқы жағынан өзара байланысты алтыбұрыштарға ұқсайды.
Графит графиттен алынады. Ең қарапайым жағдайда материалды өндіру үшін графитке жабысқақ беті жағылған скотч таспасын қолдануға болады, содан кейін оны алып тастауға болады. Таспа бетінде графиттің ұсақ бөлшектері қалады. Осыдан кейін таспа екіге бүктеліп, әртүрлі бағытта созылады. Нәтижесінде графиттің қалдық бөлшектері жұқа болады және созылуды 10-15 қайталаудан кейін олар қазірдің өзінде графен ретінде жұмыс істейді.
Графен неге қызықты? Ең алдымен, бұл өте жеңіл, бірақ өте берік материал. Графеннің беріктігі болаттан 200 есе артық. Оны 20%-ға созуға болады, бұл басқа кристалдармен мүмкін емес. Сонымен қатар, графен жақсы электр өткізгіштігімен, химиялық инерттілігімен және ерекше жұқалығымен сипатталады. Сену қиын, бірақ бұл материалдың бірнеше граммы футбол алаңын толығымен жабу үшін жеткілікті. Барлық аталған қасиеттер әртүрлі салаларда қолданылатын графеннің тамаша перспективаларын ашады:
- Трансмиссиялық электронды микроскопия. Графен нысандар мен үлгілерді зерттеу үшін субстрат ретінде пайдаланылады.
- Күн энергиясы. Графен күн батареялары үшін мөлдір өткізгіш жабындарды өндіруде қолданылады.
- Электроника. Күшейту коэффициенті жоғары графенді өрістік транзисторлар, сондай-ақ интегралды схемалар белгілі.
- Экология. Графен атомдары радиоактивті элементтер атомдарымен белсенді әрекеттеседі, мысалы, бентонит саздарымен салыстырғанда.
- Өлшеу құралдары. Графен деформация сенсорларын өндіруде қолданылады.
- Майлау материалдары. Графен майлау майларына қосымша ретінде қызмет етеді және олардың қасиеттерін жақсартады.
Дегенмен, қазіргі уақытта графенді кеңінен қолдану оны өндірудің қымбаттығымен шектеледі. Неліктен графенді өндіру қымбат? Жауабын келесі бөлімде табасыз.
Графен өндірісі – технологияның мысалы
Графен алудың әртүрлі әдістері зерттеледі. Шолу үшін, осы мақалада біз өте көрнекі болып табылатын бір ғана тәсілді талқылаймыз.
Осылайша, графенді алу үшін бірнеше дәйекті кезеңдерді аяқтау қажет:
- Суспензия алынғанша графитті еріткіште дисперсті.
- Алынған суспензияны коллоидты диірменде өңдеңіз.
- Суспензияны центрифугалауды орындаңыз.
- Вакуумды сүзу және кептіруді орындаңыз.
Графен төртінші кезең аяқталғаннан кейін ғана алынады. Көріп отырғаныңыздай, графен өндірісі бірнеше кезеңмен және химиялық заттарды қолданумен сипатталады, бұл материалды алу құнын айтарлықтай арттырады. Графеннің құнын төмендету үшін химиялық агенттерді қолданбай және өндіріс кезеңдерінің санын азайтатын нұсқаларды іздеу керек екені интуитивті түрде түсінікті. АВСп-150 құйынды қабат құрылғысы бұл мәселенің шешімі бола алады.
АВСп-150 құйынды қабат құрылғысы қалай жұмыс істейді?
Әдеттегі құйынды қабат құрылғысы индуктордан, магнитті емес материалдан жасалған жұмыс камерасынан және жұмыс камерасына орналастырылған ферромагниттік бөлшектерден тұрады (1-сурет).
1-сурет – Ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабаты бар құрылғы: 1 – қорғаныс втулкасы; 2 – айналмалы электромагниттік өрістің индукторы; 3 – индуктор корпусы; 4 – магнитті емес материалдан жасалған жұмыс камерасы; 5 – ферромагниттік бөлшектер
Индуктор орамасына кернеу беру нәтижесінде жұмыс камерасында айналмалы электромагниттік өріс индукцияланады және ферромагниттік бөлшектерді ұстайды. Бөлшектер күрделі траекториялар бойымен қозғалады және үнемі бір-бірімен, өңделген материалмен және жұмыс камерасының қабырғаларымен соқтығысады. Сондықтан әрбір жеке ферромагниттік бөлшектердің қозғалыс траекториясы күрделі және осы траекториялардың тіркесімі құйынды қабат жасайды. Бұл жағдайда құйынды қабатта әртүрлі факторлар пайда болады және өңделген материалға әсер етеді. Ең маңызды факторларға мыналар жатады:
- өңделетін материалға ферромагниттік бөлшектердің тікелей әсер ету әсері;
- электромагниттік өріс;
- ультрадыбыстық тербеліс;
- кавитация (материалды сұйық ортада, мысалы, суда өңдеу кезінде);
- жоғары жергілікті қысым және т.б.
Жоғарыда аталған факторлардың жиынтық әсерінен өңделген материалдар ұнтақталып, араласып, жаңа қасиеттерге ие болады. Енді құйынды қабат құрылғысын графен өндіру үшін қалай пайдалануға болатынын қарастырайық.
2-сурет – АВСп-150 құйынды қабат құрылғысы
Құйын қабатының құрылғысы арқылы графен өндіру
Графен өндіру үшін төрт емес, екі кезеңді аяқтау ұсынылады. Бірінші кезеңде табиғи графитті 1 мм фракция өлшеміне дейін ұнтақтау керек. Ол үшін қарапайым өнеркәсіптік диірмендерді пайдалануға болады. Екінші кезеңде жұмыс камерасына алдын ала ұнтақталған графит салынады АВСп-150 құйынды қабат құрылғысы. Бұл құрылғы моделінің ерекшелігі жұмыс камерасының көлденең орналасуы және оның тұрақты бойлық прогрессивті қозғалысы болып табылады. Бұл қозғалыстың арқасында графит қосымша араласады және жұмыс камерасының көлеміне таралады, бұл құйынды қабат әсерін одан әрі күшейтеді. АВСп-150 жүйесінде өңдеу 5–10 – 30 минутты алады. Розеткада біз дайын наноөлшемді графен аламыз (3-сурет).
3-сурет – АВСп-150 құйынды қабат құрылғысы арқылы алынған графен
Құйын қабаты құрылғысы арқылы графен өндіру технологиясының артықшылықтары
Құйын қабатының құрылғылары арқылы графен өндіру келесі артықшылықтарға ие:
- процесте катализаторлар мен химиялық агенттерді пайдалану қажет емес;
- графен өндіру кезеңдерінің санын азайту, процесті уақыт бойынша жеделдету;
- әр түрлі типтегі графитті (тығыз кристалды, кристалды, криптокристалды) құйынды қабат құрылғысында графен өндіру үшін пайдалануға болады;
- графен өндірісінің құнын төмендету.
Қосымша ақпарат алу үшін веб-сайттың сәйкес бөліміндегі байланыс мәліметтерін пайдаланып, техникалық мамандарымызға хабарласыңыз.