Бұл мақалада біз графен мен графенді жағармай нені білдіретінін, сондай-ақ құйынды қабат құрылғысының көмегімен графенді жағармайдың операциялық қасиеттерін жақсарту жолын талқылаймыз.

2010 жылы физика бойынша Нобель сыйлығы графеннің екі өлшемді материалына қатысты жаңашыл эксперименттер жүргізген А.Гейм мен К.Новоселовқа берілді. Содан бері он жылдан сәл астам уақыт өтті және графен көптеген салаларда қолданбаларды тапты. Осы уақытқа дейін графеннің кең ауқымды қолданылуы оның салыстырмалы түрде жоғары бағасымен шектелді, бірақ материалды өндіру технологияларын жетілдірумен бірге оның бағасы да төмендейді, бұл қазірдің өзінде байқалады.

Графен нені білдіреді?

Материал ретінде графеннің басты ерекшелігі оның атомдық кристалының екі өлшемділігі болып табылады. Кристалл алтыбұрышты торда орналасқан көміртегі атомдарынан тұрады. Егер бос ұяшықтардың үстіңгі қабаты олардың тегіс негізіне параллель түрде мұқият кесілген болса, графен торының моделі қандай болатынын елестетуге болады. Нәтижесінде біз бірдей алтыбұрышты ұяшықтары бар жазық торды көреміз — графеннің бір қабатты кристалдық құрылымы осылай көрінеді.

1-сурет – Сканерлеуші ​​электронды микроскоп арқылы графен талшықтары

Графен өндірісі

Графит графиттен өндіріледі, өйткені графит негізінен жеке графен қабаттарының дестесі болып табылады. Бұл тапсырма қабатты мұқият бөлуге дейін тарылтады дегенді білдіреді. Үстіңгі қабатты алып тастау үшін, мысалы, ең жақсы графит кристалдарымен бірге субстрат бетіне тасымалданатын жабысқақ таспаны (скоч таспаны) пайдалануға болады. Алынған графен кристалдарының субстратқа адгезиясы олардың бір-біріне адгезиясынан жоғары болса, онда графен кристалдары субстрат бетінде қалады.

Графен өндірудің басқа әдістері бар, мысалы, химиялық стратификация. Графит гидрофильді графен оксидтерін (графондар) түзу үшін қышқылдармен өңделеді, олар кейіннен төмен сапалы графенге дейін төмендейді.

Графеннің қолданылуы

Графеннің қолданылуы оның қасиеттеріне байланысты үнемі кеңеюде: жоғары өткізгіштік және жылу өткізгіштік, беріктік және гидрофобтық табиғат. Графеннің белгілі қолданбалары:

• үлгілерді спектроскопия арқылы зерттеу үшін графен субстраттарын өндіру;
• күн батареялары мен сұйық кристалды дисплейлер үшін графен мөлдір өткізгіш жабындарды өндіру;
• графенді интегралды микросұлбаларды өндіру;
• графендік өрістік транзисторларды өндіру;
• смартфондарды терморегуляцияда қолдану;
• қайта зарядталатын батареяларда пайдалану;
• композициялық материалдар өндірісі;
• майлау майын өндіру және т.б.

Майлау майын өндіруде графенді қолдануды толығырақ қарастырайық.

Майлау майы – неліктен оның құрамында графен бар?

Майлау материалдарының негізгі мақсаты – үйкелісті азайту және кейіннен өзара жанасатын беттердің тозуын азайту. Енді сізде цирконий оксидінен және кремний пластинкасынан жасалған шар тәрізді үлгі бар деп елестетіңіз. Егер сіз осы доптың вафлиде кері қозғалысын орындай бастасаңыз, 10-15 минуттан кейін пластинаның бетінде «ойық» пайда болады. Егер графеннің ең жұқа қабаты (1 нм артық емес) қандай да бір жолмен жаңа кремний пластинасына қолданылса және сынақтар кейіннен шардың кері қозғалысымен жүргізілсе, онда вафли бұзылмаған күйде қалады. Бұл жағдайда үйкеліс коэффициенті төмен болады және ұзақ уақыт бойы әрең өзгереді. Графеннің төмен үйкеліс коэффициентін сақтау қасиеті ылғалды және құрғақ ортада сақталады.

Графеннің тағы бір пайдалы қасиеті – ол суды итереді және ауа өткізбейді; басқаша айтқанда, металдар бетіндегі тотығу процестерін баяулатады. Мұның бәрі графенді майлау майын өндіруде пайдалану үшін жақсы алғышарттар болып табылады.

Графенді майлау – өндірістің ерекше аспектілері

Жалпы алғанда, майлаушы сұйық негізден (дисперстік орта), қатты қоюландырғыштан (дисперсті фаза) және қоспалардан (қоспалардан) тұратын затты айтады. Графеннің ерекшелігі – оны қоюлатқыш ретінде де, майлаудың жақсы трибологиялық сипаттамаларын қамтамасыз ететін қоспа ретінде де қолдануға болады. Дегенмен, бұл сипаттамаларға графен салыстырмалы түрде көп мөлшерде (қоюлаушы ретінде) немесе аз мөлшерде (қоспа ретінде) пайдаланылғанына қарамастан, жағармай көлемі бойынша біркелкі таралған жағдайда ғана қол жеткізуге болады. Кәдімгі механикалық араластырғыштар бұл тапсырманы орындай алмайды, бұл жағармайдың оңтайлы трибологиялық сипаттамаларына қол жеткізуге мүмкіндік бермейді.

Ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабатының құрылғысы (АВС) ингредиенттерді жақсы араластыруға және біркелкі бөлуге көмектеседі.

Графенді жағармайларға арналған құйынды қабат құрылғысы

Құйынды қабат құрылғысы айналмалы электромагниттік өріс индукторынан, магнитті емес материалдан жасалған жұмыс камерасынан және ондаған жүздеген данаға дейінгі мөлшердегі ферромагниттік бөлшектерден тұратын құрылғы. Бөлшектер индуктивті орамға кернеу енгізілгеннен кейін индукцияланған айналмалы электромагниттік өрістің әсер ету аймағында орналасқан жұмыс камерасына орналастырылады. Өрістің әсерінен бөлшектер қозғала бастайды, содан кейін олар үнемі бір-бірімен және жұмыс камерасының қабырғаларымен соқтығысады. Ол бөлшектердің қозғалыс траекториясын күрделі етеді. Бұл жағдайда жұмыс камерасында графенді майлаушыны тиімді өңдеуге ықпал ететін құбылыстар бір уақытта пайда болады:

• акустикалық тербеліс;
• кавитация;
• айналмалы электромагниттік өріс;
• әрбір ферромагниттік бөлшектің араластыру әсері және т.б.

Бұл факторлар ингредиенттерді тиімді араластыруды және олардың бүкіл көлемде біркелкі таралуын қамтамасыз етеді. Мысалы, графен 0,1% мөлшерінде қоспа ретінде пайдаланылғанда өте маңызды. Осыған байланысты АВС бірегей жабдық болып табылады, өйткені ол майлаудың барлық көлеміне тіпті осындай аз мөлшердегі заттарды біркелкі таратады.

Егер қоюлатқыш ретінде графен, мысалы, 10-12% мөлшерінде пайдаланылса, онда ингредиенттерді алдын ала араластыру әдеттегі араластырғыштар арқылы жүзеге асырылуы мүмкін, ал алынған қоспаны құйынды қабат құрылғысында қосымша өңдеуге болады.

Графенді майлау материалдарын өндіруде құйынды қабат құрылғыларын пайдалану басқа жабдықты (араластырғыштар, диірмендер және т.) 

АВС-ны перспективалық қолдану — графит жағармайын механикалық белсендіру

Құйынды қабат құрылғыларын практикалық қолдану тұрғысынан алған тәжірибеміз олардың графит майлау материалдарын механикалық белсендіру перспективаларын ұсынатынын көрсетеді.

Гипотезаның мәні келесідей. Графитті жағармайларды құйынды қабат құрылғысында өңдеу кезінде графиттің бөлшектерінің мөлшері мен қабатталуы азаяды; басқаша айтқанда, графиттік жағармайлардың трибологиялық сипаттамаларын жақсартатын графен құрылымдарын құруға болады.

Құйынды қабат құрылғыларының артықшылықтары

Графенді майлау материалдарын өндіруде құйынды қабат құрылғыларын қолдану келесі артықшылықтарға ие:

• Құрылғы графенді мөлшерге қарамастан, пайыздың оннан және жүзден бір бөлігіне дейін жағармай көлеміне біркелкі таратады.
• Құрылғы көп қуат тұтынбайды. GlobeCore тиісінше 4,5 және 9 кВт қуат қажет ететін құйынды қабат құрылғысының АВС-100 және АВС-150 үлгілерін шығарады.
• Құйынды қабат құрылғысындағы ингредиенттерді араластыру процесі ультрадыбыстық, кавитация, жоғары жергілікті қысым, айналмалы электромагниттік өріс және т.
• Құрылғы ағынды режимде жұмыс істейді және резервуарлы негізгі араластырғыштың орнына (еден кеңістігін үнемдейді) және ингредиенттерді қосымша өңдеу үшін олардан кейін орнатылатын графенді жағармайларды өндіруге арналған қолданыстағы технологиялық желілерге оңай біріктірілуі мүмкін.
• Құрылғы техникалық қызмет көрсетуде қарапайым және қарапайым. Оның тұрақты қызмет көрсетуді қажет ететін үйкеліс компоненттері жоқ.
• Төзімділік. Құрылғылардың қызмет ету мерзімі жұмыс жағдайларына байланысты ондаған жылдарға жетуі мүмкін.

Қосымша ақпарат алу және экспериментке тапсырыс беру үшін веб-сайтымыздың сәйкес бөліміндегі байланыс мәліметтерін пайдаланыңыз.