แกรฟีนมีคุณสมบัติที่น่าทึ่งมากมาย รวมถึงความแข็งแรงและความแข็งสูง การนำไฟฟ้าสูง และก๊าซผ่านไม่ได้ เป็นต้น คุณสมบัติที่พาดหัวข่าวเหล่านี้สร้างโฆษณาจำนวนมาก โดยมีการประกาศแอปพลิเคชั่นใหม่เกือบทุกวัน อย่างไรก็ตาม ในขณะที่เรื่องราวของกราฟีนมีความคืบหน้า งานในการแปลคุณสมบัติที่วัดได้ในห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทายที่ยิ่งใหญ่
กว่าที่หลายคนคาดไว้
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การผลิตกราฟีนชั้นเดียวที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่มีศักยภาพมากมาย ถือเป็นงานที่ยากทางเทคนิค และการทำเช่นนั้นในเชิงพาณิชย์นั้นมีค่าใช้จ่ายสูง โชคดีที่กราฟีนประเภทอื่น ๆ กำลังเริ่มพิสูจน์คุณค่าของพวกเขาในภาคอุตสาหกรรมอื่น ๆ
ที่บริษัทของฉัน Haydale เรามุ่งเน้นที่กราฟีนแบบเรียงซ้อนกัน 5-100 ชั้น วัสดุที่ปลายล่างสุดของช่วงนี้โดยทั่วไปเรียกว่ากราฟีนไม่กี่ชั้น (FLGs) ในขณะที่วัสดุที่อยู่ปลายสุดจะเรียกว่ากราฟีนนาโนเพลตเลต (GNPs) เมื่อเติมวัสดุเหล่านี้ลงในเรซินหรือวัสดุเทอร์โมพลาสติกอื่นๆ ส่วนผสมที่ได้จะแข็งแกร่งขึ้น
และอาจกลายเป็นตัวนำความร้อน นำไฟฟ้า หรือทั้งสองอย่าง การปรับปรุงเหล่านี้อาจมีการใช้งานในหลายพื้นที่ แต่ดึงดูดโดยเฉพาะกับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ชิ้นส่วนสำคัญๆ ของเครื่องบินหลายชิ้นทำมาจากเส้นใยคาร์บอนที่ยึดติดกันด้วยเทอร์โมเซ็ตเรซิน หากเรซินนี้มีสมบัติทางกลที่ดีกว่า
การทดลองของเราบ่งชี้ว่าสามารถปรับปรุงได้อย่างมาก: ในการทดสอบล่าสุดชิ้นหนึ่ง คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่มี FLG ที่เติมลงในเรซินมีการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลเกือบทั้งหมดถึง 20% อย่างไรก็ตาม การเข้าไปมีส่วนร่วมมากกว่าแค่การเติมกราฟีนลงในเรซิน กุญแจสำคัญในการตระหนัก
ถึงคุณสมบัติของกราฟีนที่มีการบันทึกไว้อย่างดีนั้นอยู่ที่การเริ่มต้นด้วยวัสดุที่เหมาะสมและการรู้วิธีการประมวลผลสำหรับการใช้งานเฉพาะผลิตกราฟีน กราฟีนสามารถผลิตได้หลายวิธี และผู้ผลิตแต่ละรายใช้กระบวนการที่แตกต่างกันเล็กน้อย วิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือวิธี “จากบนลงล่าง” ซึ่งกราไฟต์อินทรีย์
ที่ขุดได้จะถูกขัด
ออกเพื่อสร้างเกล็ดที่มีชั้นน้อยลง การลงลึกถึงจำนวนชั้นที่ต้องการอาจต้องใช้หลายขั้นตอนในการผลิต เนื่องจากความหนาของสารอินทรีย์ส่วนใหญ่จะแตกต่างกันไป อย่างไรก็ตาม ในระบบปริมาณมาก เช่น หมึกผสม เพสต์ และเรซินที่เราทำงานด้วย นี่ไม่ใช่ปัญหาใหญ่
อีกทางเลือกหนึ่ง กราฟีนสามารถผลิตทีละชั้นด้วยวิธี “จากล่างขึ้นบน” เช่น การสะสมไอเคมีโดยใช้ก๊าซมีเทนหรือแหล่งคาร์บอนอื่นๆ กระบวนการนี้โดยทั่วไปต้องใช้เครื่องปฏิกรณ์ที่อุณหภูมิที่ใช้พลังงานมาก (900 °C หรือมากกว่า) และเครื่องปฏิกรณ์ต้องได้รับการทำความสะอาดหลังจากผลิตแต่ละชุด
นอกจากนี้ ในหลายกรณี แผ่นกราฟีนที่ผลิตด้วยวิธีนี้ไม่ใช่ชั้นเดียว แต่มี FLG หนาสองหรือสามชั้น จากนั้นต้องใช้ “เทปรีลีส” ราคาแพงเพื่อลอกแต่ละชั้นออกเห็นได้ชัดว่ากราฟีนที่ผลิตด้วยวิธีจากบนลงล่างนั้นแตกต่างอย่างมากจากความหลากหลายจากล่างขึ้นบน ทั้งในด้านคุณสมบัติและต้นทุนการผลิต
อย่างไรก็ตาม
เนื่องจากการขาดมาตรฐานอุตสาหกรรม วัสดุคาร์บอนนาโนหลายชนิดสามารถอธิบายได้ว่าเป็น “กราฟีน” เป็นผลให้ราคาของผลิตภัณฑ์ที่มีฉลากคล้ายกันสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 50 ดอลลาร์ถึงมากกว่า 2,000 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม สิ่งล่อใจคือการทำให้อวบอ้วนเพื่อซื้อสิ่งที่ถูกที่สุด
แต่บ่อยครั้งนี่ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด นี่เป็นเพราะวัสดุทุกชนิดที่ผลิตในระดับนาโนนั้นแตกต่างกัน ทั้งขนาดเกล็ด ความหนา และที่สำคัญคือประเภทและปริมาณของสารเคมีที่ยึดติดกับพื้นผิวและปลายของมัน กลุ่มสารเคมีเหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับการจับกราฟีนกับวัสดุอื่นๆ และอาจส่งผลต่อคุณสมบัติ
จากประสบการณ์ของเรา ความรู้ความชำนาญในการผสมและการกระจายตัวนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการ “ทำให้ฟังก์ชันการทำงาน” ของกราฟีน (ซึ่งก็คือการทำให้กลุ่มสารเคมีอื่นๆ คาร์บอนเป็นสารเติมแต่งเฉื่อยและไม่ผสมกับวัสดุอื่น ดังนั้นเพื่อให้มันกระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกัน
จำเป็นต้องมีทั้งความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับฟังก์ชันการทำงานและความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับขนาดและรูปร่างของอนุภาค ซึ่งเมื่อ อนุภาคมีความกว้าง 2–5 µm ต้องใช้ทักษะและอุปกรณ์พิเศษ นอกจากนี้ยังควรชี้ให้เห็นว่าการเพิ่มวัสดุนาโนลงในสารอื่นอาจมีข้อเสียบางประการ ตัวอย่างเช่น
สามารถเปลี่ยนความหนืดของเรซิน ซึ่งอาจส่งผลต่อขั้นตอนต่อไปในกระบวนการผลิต บ่อยครั้ง,เพื่อพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับประเด็นเหล่านี้ Haydale ได้จัดทำโครงการวิจัย 18 เดือนโดยร่วมมือ เรซินอีพ็อกซี่ระดับไฮเอนด์ งานนี้ทำให้เรามีความเชี่ยวชาญอย่างมากเกี่ยวกับเทคนิคการผสม
และการประมวลผลที่จำเป็นในการกระจายแกรฟีนและวัสดุนาโนอื่นๆ ให้เป็นเทอร์โมเซ็ตหรือเรซินเทอร์โมพลาสติกอย่างเหมาะสม เป็นที่แน่ชัดแล้วว่าการเพิ่มวัสดุนาโนชนิดที่สอง (เช่น ท่อนาโนคาร์บอนหรือซิลิกอนคาร์ไบด์) ควบคู่ไปกับกราฟีนสามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงาน
ซึ่งมากกว่าและเหนือกว่าผลกระทบของการเพิ่มกราฟีนอย่างเดียวเพียงอย่างเดียว เราเชื่อว่ากระบวนการนี้ซึ่งเราเรียกว่า “การผสมวัสดุ” ถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีสำหรับการพาณิชย์ในอนาคตของวัสดุผสมและวัสดุอื่นๆ เช่น หมึกพิมพ์ กำลังบินตั้งแต่ปี 2014 นักวิทยาศาสตร์ใช้กราฟีนที่ปรับฟังก์ชันได้เพื่อปรับปรุง
ประสิทธิภาพของวัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โครงการนี้เป็นไปตามข้อกำหนดที่ระบุและได้รับการจัดการโดยทีมงานแบบบูรณาการ และคณะวิศวกรรมศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ในสหราชอาณาจักร โดยได้รับการสนับสนุนทางการเงิน ทั่วยุโรป การริเริ่มเทคโนโลยีร่วม
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
