طرح الباحث الفيزيائي ديفيد درابولد، والمهندس جايسون تريميبال، في جامعة أوهايو، تساؤلًا بشأن إمكان صنع الغرافيت من الفحم، وذلك في ظل زيادة الطلب العالمي على المواد القائمة على الكربون.
ونشرت مجلة "فيزيكل ريفيو لترز" العلمية الأميركية دراسة بحثية بعنوان "المحاكاة الأولى للغرافيت غير المتبلور" لفريق من الباحثين في جامعة أوهايو الأميركية، الذين قدموا دليلًا، هذا الأسبوع، على مادة كربونية صلبة جديدة أطلقوا عليها اسم "الغرافيت غير المتبلور".
ويُعدّ الغرافيت مادة كربونية مهمة نظرًا إلى استخداماتها المتعددة، التي تشمل صناعة الأقطاب الموجبة "الأنودات" لبطاريات الليثيوم أيون، وهو أمر بالغ الأهمية لصناعة السيارات الكهربائية، حسبما نشر موقع جامعة أوهايو (ohio.edu)، وفق ما اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
الغرافيت والسيارات الكهربائية
تُصنّف هذه الأقطاب الكهربائية بأنها الأفضل إذا كانت مصنوعة من مواد كربونية نقية، التي أصبح الحصول عليها أكثر صعوبة بسبب الطلب التكنولوجي المتصاعد.
وتحتاج السيارة الكهربائية تيسلا طراز إس في المتوسط إلى 54 كغم من الغرافيت، وفقًا لما نشرت منصة نانو ويرك الأميركية (nanowerk).
وأجرى الباحثون العديد من الحسابات المختلفة، وتوصلوا إلى أن "الغرافيت غير المتبلور" عبارة عن مادة ذات طبقات تتكوّن عند درجات حرارة لونية عالية جدًا (نحو 3 آلاف درجة كلفن).
وأشاروا إلى أن طبقات الغرافيت غير المتبلور تبقى متماسة بسبب تكوين غاز إلكتروني بين الطبقات، لكنها ليست الطبقات المثالية من السداسيات التي تشكل مادة الغرافين النموذجية.
تحويل المواد الكربونية
قال الباحثون إن هذه المادة الجديدة تحتوي على الكثير من الحلقات السداسية، وتحتوي أيضًا على الحلقات الخماسية والسُّباعية.
وأوضحوا أن اضطراب الحلقة يقلل من الناقلية الكهربائية للمادة الجديدة مقارنة بالغرافين، في حين لا تبقى الناقلية عالية في الأسطح التي تهيمن عليها الحلقات السداسية بصفة كبيرة.
وتسمى عملية تحويل المواد الكربونية إلى هيكل غرافيتي متعدد الطبقات عن طريق المعالجة الحرارية عند درجة حرارة لونية عالية "الغَرْفَتة"، حسب تقرير اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
ومن خلال عمليات المحاكاة الديناميكية الجزيئية الأولى والتعلم الآلي، كشف باحثو جامعة أوهايو عن أن شبكات الكربون النقية لديها نزعة شديدة للتحويل إلى بنية ذات طبقات وسط كثافة ودرجة حرارة كبيرة نتيجة حدوث طبقات لتكوينات البداية العشوائية.
الغرافين غير المتبلور
قال أستاذ الفيزياء والفلك في كلية الآداب والعلوم بجامعة أوهايو، ديفيد درابولد، إن الطبقات المسطحة تمثل الغرافين غير المتبلور، مشيرًا إلى أن ذرات كربون ثلاثية الأبعاد المتناسقة بنيويًا تكون مرتبة في سطوح مستوية بها حلقات كربون خماسية وسداسية وسباعية.
وأضاف درابولد أن الكربون هو العنصر المعجزة، لأنه يدخل في تركيب الألماس والغرافيت وكرات بوكي التي تملأ الفراغ بين النجوم، والأنابيب النانوية والغرافين.
ويتوقع الباحثون أن يؤدي إعلانهم هذه النتائج إلى تحفيز التجارب والدراسات التي تتناول وجود الغرافيت غير المتبلور، حسب تقارير اطلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
اقرأ أيضًا..
- أرامكو السعودية تعتزم خفض إمدادات النفط لبعض المصافي الصينية
- هل يتوقف تصدير الغاز الجزائري إلى إسبانيا؟.. ومدريد تهدد بالتحكيم الدولي
- استهلاك الهيدروجين منخفض الكربون في تكرير النفط قد يصل لـ50 مليون طن سنويًا
- تحرك أوروبي لحظر بيع سيارات البنزين والديزل بحلول 2035
