Grafen ishlab chiqarish yosh va istiqbolli sanoatdir. Bu yosh, chunki grafen yaqinda kashf etilgan – atigi o’n besh-o’n olti yil oldin. Va bu grafenning qiziqarli va biroz o’ziga xos xususiyatlari tufayli istiqbolli.

Grafen nima va u nima uchun qiziq?

Ikki o’lchovli kristall panjarali materiallar mavjud emasligi uzoq vaqt davomida umumiy qabul qilingan. Ammo 2000-yillarning boshlarida britaniyalik fiziklar Geym va Novoselov tajribalarni boshladilar va natijada grafen deb nomlangan ikki oʻlchovli kristallni kashf qilish bilan yakunlandi. Grafen panjarasi olti burchakli struktura shaklida tekislikda joylashgan uglerod atomlaridan iborat. Naqsh tashqi tomondan bir-biriga bog’langan olti burchakli burchaklarga o’xshaydi.

Grafen grafitdan olinadi. Eng oddiy holatda, materialni ishlab chiqarish uchun grafitga qo’llaniladigan yopishqoq sirt bilan skotch lentasi ishlatilishi mumkin va keyin uni olib tashlash mumkin. Grafitning kichik zarralari lenta yuzasida qoladi. Shundan so’ng, lenta yarmiga katlanmış va turli yo’nalishlarda cho’zilgan. Natijada, grafitning qoldiq zarralari ingichka bo’ladi va 10-15 marta cho’zilgandan so’ng, ular allaqachon grafen vazifasini bajaradi.

Grafen nima uchun qiziqarli? Avvalo, bu juda engil, ammo juda kuchli materialdir. Grafenning kuchi po’latdan 200 baravar yuqori. Uni 20% ga cho’zish mumkin, bu boshqa kristallar bilan mumkin emas. Bundan tashqari, grafen yaxshi elektr o’tkazuvchanligi, kimyoviy inertligi va ajoyib nozikligi bilan ajralib turadi. Bunga ishonish qiyin, lekin bu materialning bir necha grammi futbol maydonini to’liq qoplash uchun etarli. Barcha sanab o’tilgan xususiyatlar grafenning turli sohalarda qo’llanilishi uchun ajoyib istiqbollarni ochadi:

• Transmissiya elektron mikroskopiyasi. Grafen ob’ektlar va namunalarni tekshirish uchun substrat sifatida ishlatiladi.
• Quyosh energiyasi. Grafen quyosh xujayralari uchun shaffof o’tkazuvchan qoplamalar ishlab chiqarishda ishlatiladi.
• Elektronika. Yuqori kuchaytiruvchi omilga ega bo’lgan grafenli dala effektli tranzistorlar, shuningdek, integral mikrosxemalar ma’lum.
• Ekologiya. Grafen atomlari, masalan, bentonit gillari bilan solishtirganda, radioaktiv elementlarning atomlari bilan faolroq o’zaro ta’sir qiladi.
• O’lchov uskunalari. Grafen kuchlanish datchiklarini ishlab chiqarishda ishlatiladi.
• Moylash materiallari. Grafen moylash moylariga qo’shimcha sifatida xizmat qiladi va ularning xususiyatlarini yaxshilaydi.

Biroq, hozirgi vaqtda grafenning keng qo’llanilishi uni ishlab chiqarishning qimmatligi bilan cheklanadi. Nima uchun grafenni ishlab chiqarish qimmat? Javobni keyingi bo’limda topasiz.

Grafen ishlab chiqarish – texnologiya namunasi

Grafen ishlab chiqarishning turli usullari o’rganiladi. Umuman olganda, ushbu maqolada biz faqat bitta yondashuvni ko’rib chiqamiz, ammo bu juda aniq.

Shunday qilib, grafenni olish uchun bir necha ketma-ket bosqichlarni bajarish kerak:

• Suspenziya olinmaguncha grafitni erituvchida tarqating.
• Olingan suspenziyani kolloid tegirmonda qayta ishlang.
• Suspenziyani sentrifugalashni amalga oshiring.
• Vakuum filtrlash va quritishni amalga oshiring.

Grafen faqat to’rtinchi bosqich tugagandan so’ng olinadi. Ko’rib turganingizdek, grafen ishlab chiqarish ko’p bosqichli va kimyoviy moddalardan foydalanish bilan tavsiflanadi, bu materialni olish narxini sezilarli darajada oshiradi. Intuitiv ravishda aniqki, grafen narxini pasaytirish uchun kimyoviy vositalardan foydalanmasdan va ishlab chiqarish bosqichlari soni kamaygan variantlarni izlash kerak. AVSp-150 vorteks qatlami qurilmasi bu muammoni hal qilishi mumkin.

AVSp-150 vorteks qatlami qurilmasi qanday ishlaydi?

Odatda vorteks qatlami qurilmasi induktordan, magnit bo’lmagan materialdan tayyorlangan operatsion kameradan va operatsion kameraga joylashtirilgan ferromagnit zarralardan iborat (1-rasm).

1-rasm – Ferromagnit zarrachalarning vorteks qatlamiga ega qurilma: 1 – himoya vtulka; 2 – aylanuvchi elektromagnit maydonning induktori; 3 – induktor korpusi; 4 – magnit bo’lmagan materialdan tayyorlangan ish kamerasi; 5 – ferromagnit zarralar

Induktor o’rashiga kuchlanish qo’llanilishi natijasida ish kamerasida aylanadigan elektromagnit maydon paydo bo’ladi va ferromagnit zarrachalarni ushlaydi. Zarrachalar murakkab traektoriyalar bo’ylab harakatlanadi va doimo bir-biri bilan, qayta ishlangan material bilan va ishlaydigan kamera devorlari bilan to’qnashadi. Shuning uchun har bir ferromagnit zarrachaning harakat traektoriyasi murakkab va bu traektoriyalarning kombinatsiyasi girdob qatlamini hosil qiladi. Bunday holda, vorteks qatlamida turli omillar paydo bo’ladi va qayta ishlangan materialga ta’sir qiladi. Eng muhim omillarga quyidagilar kiradi:

• ferromagnit zarralarning qayta ishlangan materialga bevosita ta’siri;
• elektromagnit maydon;
• ultratovush tebranishlari;
• kavitatsiya (materialni suyuq muhitda, masalan, suvda qayta ishlashda);
• yuqori mahalliy bosim va boshqalar.

Yuqoridagi omillarning umumiy ta’sirida qayta ishlangan materiallar maydalanadi, aralashtiriladi va yangi xususiyatlarni oladi. Keling, vorteks qatlami qurilmasidan grafen ishlab chiqarish uchun qanday foydalanish mumkinligini ko’rib chiqaylik.

2-rasm – AVSp-150 vorteks qatlami qurilmasi

Vorteks qatlami qurilmasi yordamida grafen ishlab chiqarish

Grafen ishlab chiqarish uchun to’rtta emas, balki faqat ikki bosqichni yakunlash taklif etiladi. Birinchi bosqichda tabiiy grafit 1 mm fraksiya o’lchamiga qadar maydalanishi kerak. Buning uchun oddiy sanoat tegirmonlaridan foydalanish mumkin. Ikkinchi bosqichda ish kamerasiga oldindan maydalangan grafit joylashtiriladi AVSp-150 vorteks qatlami qurilmasi. Ushbu qurilma modelining o’ziga xos xususiyati operatsion kameraning gorizontal joylashishi va uning doimiy bo’ylama progressiv harakatidan iborat. Ushbu harakat tufayli grafit qo’shimcha ravishda aralashtiriladi va operatsion kameraning hajmi bo’ylab taqsimlanadi, bu esa vorteks qatlamining ta’sirini yanada kuchaytiradi. AVSp-150 da ishlov berish 5-10 dan 30 minutgacha davom etadi. Chiqishda biz tayyor nano o’lchamli grafenni olamiz (3-rasm).

3-rasm – AVSp-150 vorteks qatlami qurilmasi yordamida olingan grafen

Vorteks qatlami qurilmasidan foydalangan holda grafen ishlab chiqarish texnologiyasining afzalliklari

Vorteks qatlamli qurilmalar yordamida grafen ishlab chiqarish quyidagi afzalliklarga ega:

• jarayonda katalizatorlar va kimyoviy vositalardan foydalanish talab etilmaydi;
• grafen ishlab chiqarish bosqichlari sonining qisqarishi, jarayonning vaqt bo’yicha tezlashishi;
• har xil turdagi grafit (zich kristalli, kristalli, kriptokristalli) vorteks qatlami qurilmasida grafen ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin;
• grafen ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirish.

Qo’shimcha ma’lumot olish uchun, iltimos, tegishli veb-sayt bo’limidagi aloqa ma’lumotlaridan foydalangan holda texnik mutaxassislarimizga murojaat qiling.