Grafen moylash va uni vorteks qatlami qurilmasida qayta ishlash

Ushbu maqolada biz grafen va grafen moylash vositasi nimani anglatishini, shuningdek, vorteks qatlami qurilmasi yordamida grafen moylash materiallarining operatsion xususiyatlarini yaxshilash yo’lini muhokama qilamiz.

2010 yilda fizika bo’yicha Nobel mukofoti grafenning ikki o’lchovli materiali bo’yicha yangi tajribalar o’tkazgan A. Geym va K. Novoselovlarga berildi. O’shandan beri o’n yildan sal ko’proq vaqt o’tdi va grafen allaqachon ko’plab sohalarda qo’llanilishini topdi. Hozirgacha grafendan keng miqyosda foydalanish uning nisbatan yuqori narxi bilan cheklanib kelgan, ammo material ishlab chiqarish texnologiyalarini takomillashtirish bilan birga uning narxi ham pasayadi, bu hozir ham kuzatilmoqda.

Grafen nimani anglatadi?

Material sifatida grafenning asosiy xususiyati uning atom kristalining ikki o’lchovliligidir. Kristal olti burchakli panjarada joylashgan uglerod atomlaridan iborat. Agar bo’sh chuqurchalarning yuqori qatlami ularning tekis poydevoriga parallel ravishda ehtiyotkorlik bilan kesilsa, grafen panjara modeli qanday ko’rinishini tasavvur qilish mumkin. Natijada, biz bir xil olti burchakli hujayralarga ega tekis panjarani ko’ramiz – grafenning bir qatlamli kristalli tuzilishi shunday ko’rinadi.

1-rasm – Skanerli elektron mikroskop orqali grafen tolalari

Grafen ishlab chiqarish

Grafen grafitdan ishlab chiqariladi, chunki grafit asosan alohida grafen qatlamlari to’plamidir. Bu vazifa qatlamni ehtiyotkorlik bilan ajratish uchun torayganligini anglatadi. Yuqori qatlamni olib tashlash uchun, masalan, eng yaxshi grafit kristallari bilan birga substrat yuzasiga o’tkaziladigan yopishqoq lenta (skotch lenta) ishlatilishi mumkin. Agar olingan grafen kristallarining substratga yopishishi ularning bir-biriga yopishganidan yuqori bo’lsa, u holda grafen kristallari substrat yuzasida qoladi.

Boshqa grafen ishlab chiqarish usullari mavjud, masalan, kimyoviy tabaqalanish. Grafit gidrofil grafen oksidlarini (grafonlarni) hosil qilish uchun kislotalar bilan qayta ishlanadi, keyinchalik ular past sifatli grafenga qaytariladi.

Grafenning qo’llanilishi

Grafenning qo’llanilishi uning xususiyatlari tufayli doimiy ravishda kengayib boradi: yuqori o’tkazuvchanlik va issiqlik o’tkazuvchanligi, quvvat va hidrofobik tabiat. Grafenning ma’lum ilovalari:

spektroskopiya orqali namunalarni tekshirish uchun grafen substratlarini ishlab chiqarish;
quyosh batareyalari va suyuq kristall displeylar uchun grafen shaffof o’tkazuvchan qoplamalar ishlab chiqarish;
grafenli integral mikrosxemalarni ishlab chiqarish;
grafenli dala effektli tranzistorlar ishlab chiqarish;
smartfonlarni termoregulyatsiya qilishda foydalanish;
qayta zaryadlanuvchi batareyalarda foydalanish;
kompozit materiallar ishlab chiqarish;
moylash moylarini ishlab chiqarish va boshqalar.

Keling, moylash moyini ishlab chiqarishda grafendan foydalanishni batafsilroq muhokama qilaylik.

Yog ‘moylari -nima uchununda grafen bormi?

Moylash materiallarining asosiy maqsadi ishqalanishni kamaytirish va keyinchalik o’zaro aloqa qiladigan yuzalarning aşınmasıdır. Endi tasavvur qiling-a, sizda tsirkonyum oksidi va kremniy gofretidan tayyorlangan sharsimon namuna bor. Agar siz gofretda bu to’pning o’zaro harakatini bajarishni boshlasangiz, 10-15 daqiqada gofret yuzasida “truba” hosil bo’ladi. Agar grafenning eng yupqa qatlami (1 nm dan ko’p bo’lmagan) qandaydir tarzda yangi kremniy gofretga qo’llanilsa va keyinchalik to’pning o’zaro harakati bilan sinovlar o’tkazilsa, gofret buzilmagan holda qoladi. Bunday holda, ishqalanish koeffitsienti past bo’ladi va uzoq vaqt davomida deyarli o’zgarmaydi. Grafenning past ishqalanish koeffitsientini saqlab turish xususiyati ho’l va quruq muhitda saqlanib qoladi.

Grafenning yana bir foydali xususiyati shundaki, u suvni qaytaradi va havo o’tishiga yo’l qo’ymaydi; boshqacha aytganda, metallar yuzasida oksidlanish jarayonlarini sekinlashtiradi. Bularning barchasi grafenni moylash moylarini ishlab chiqarishda ishlatish uchun yaxshi shartlardir.

Grafen moylash – ishlab chiqarishning o’ziga xos jihatlari

Umuman olganda, moylash suyuq asos (dispersion muhit), qattiq quyuqlashtiruvchi (dispers faza) va qo’shimchalar (qo’shimchalar) dan tashkil topgan moddadir. Grafenning o’ziga xos xususiyati shundaki, u quyuqlashtiruvchi sifatida ham, moylash materialining yaxshi tribologik xususiyatlarini ta’minlaydigan qo’shimcha sifatida ham ishlatilishi mumkin. Biroq, bu xususiyatlarga grafen nisbatan ko’p miqdorda (qalinlashtiruvchi sifatida) yoki oz miqdorda (qo’shimcha sifatida) ishlatilishidan qat’i nazar, moylash hajmi bo’ylab bir tekis taqsimlangan taqdirdagina erishish mumkin. An’anaviy mexanik aralashtirgichlar bu vazifani bajara olmaydi, bu moylash materialining optimal tribologik xususiyatlariga erishishga imkon bermaydi.

Ferromagnit zarralar vorteks qatlami qurilmasi (AVS) ingredientlarni yaxshi aralashtirish va bir xil taqsimlashga yordam beradi.

Grafen moylash materiallari uchun Vortex qatlami qurilmasi

Vorteks qatlami qurilmasi aylanuvchi elektromagnit maydon induktori, magnit bo’lmagan materialdan tayyorlangan ish kamerasi va o’ndan yuzlab donagacha bo’lgan miqdorda ferromagnit zarralardan iborat qurilma. Zarrachalar indüktör o’rashiga kuchlanish kiritilgandan so’ng paydo bo’ladigan aylanadigan elektromagnit maydonning ta’sir zonasida joylashgan ish kamerasiga joylashtiriladi. Maydon tomonidan boshqariladigan zarralar harakatlana boshlaydi, shundan so’ng ular doimo bir-biri bilan va ish kamerasi devorlari bilan to’qnashadi. U zarrachalarning harakat traektoriyasini murakkablashtiradi. Bunday holda, ish kamerasida bir vaqtning o’zida grafen moylash materialini samarali qayta ishlashga yordam beradigan hodisalar yuzaga keladi:

akustik tebranishlar;
kavitatsiya;
aylanuvchi elektromagnit maydon;
har bir ferromagnit zarrachaning aralashtirish effekti va boshqalar.

Bu omillar ingredientlarni samarali aralashtirishni va ularning butun hajmda bir xil taqsimlanishini ta’minlaydi. Masalan, grafen qo’shimcha sifatida 0,1% miqdorida foydalanilganda juda muhimdir. Shu nuqtai nazardan, AVS o’ziga xos uskunadir, chunki u juda oz miqdordagi moddani moylash hajmi bo’ylab bir tekis taqsimlaydi.

Agar quyuqlashtiruvchi sifatida grafen, masalan, 10-12% miqdorida ishlatilsa, unda ingredientlarni oldindan aralashtirish an’anaviy mikserlar yordamida amalga oshirilishi mumkin va olingan aralashmani qo’shimcha ravishda vorteks qatlamli qurilmada qayta ishlash mumkin.

Grafen moylarini ishlab chiqarishda vorteksli qatlam qurilmalaridan foydalanish tribologik xususiyatlarni (ishqalanish va eskirish koeffitsientlari) boshqa uskunalar (mikserlar, tegirmonlar va boshqalar) yordamida olingan bir xil xususiyatlarga nisbatan yaxshilaydi.

AVSni istiqbolli qo’llash – grafit moylash materiallarini mexanik faollashtirish

Vorteks qatlami qurilmalarini amaliy qo’llash bo’yicha biz to’plagan tajribamiz shuni ko’rsatadiki, ular grafit moylash materiallarini mexanik faollashtirish istiqbollarini taklif qiladi.

Gipotezaning mohiyati quyidagicha. Vorteks qatlami qurilmasida grafit moylash materiallarini qayta ishlashda grafitning zarracha hajmi va qatlamlanishi kamayadi; boshqacha qilib aytganda, grafit moylash materiallarining tribologik xususiyatlarini yaxshilaydigan grafen tuzilmalari shakllanishi mumkin.

Vorteks qatlamli qurilmalarning afzalliklari

Grafen moylarini ishlab chiqarishda vorteksli qatlam qurilmalarini qo’llash quyidagi afzalliklarga ega:

Qurilma grafenni miqdoridan qat’i nazar, foizning o’ndan va yuzdan bir qismigacha bo’lgan moylash hajmi bo’ylab bir tekis taqsimlaydi.
Qurilma juda ko’p quvvat sarflamaydi. GlobeCore mos ravishda 4,5 va 9 kVt quvvatga ega bo’lgan vorteks qatlami qurilmasining AVS-100 va AVS-150 modellarini ishlab chiqaradi.
Vorteks qatlami qurilmasida ingredientlarni aralashtirish jarayoni ultratovush, kavitatsiya, yuqori mahalliy bosim, aylanadigan elektromagnit maydon va boshqalar ko’rinishidagi kuchaytiruvchi omillarning ta’siri tufayli juda tez (bir necha soniya va daqiqalarda) davom etadi.
Qurilma oqim rejimida ishlaydi va grafen moylarini ishlab chiqarish uchun mavjud texnologik liniyalarga tankli asosiy mikser o’rniga (polni tejash) va ingredientlarni qo’shimcha qayta ishlash uchun ulardan keyin o’rnatilgan holda osongina birlashtirilishi mumkin.
Qurilma oddiy va texnik xizmat ko’rsatishda oddiy. Unda doimiy xizmat ko’rsatishni talab qiladigan ishqalanish komponentlari yo’q.
Chidamlilik. Qurilmalarning ishlash muddati ish sharoitlariga qarab o’nlab yillarga yetishi mumkin.

Qo’shimcha ma’lumot olish va tajribaga buyurtma berish uchun veb-saytimizning tegishli bo’limida joylashgan aloqa ma’lumotlaridan foydalaning.