كيف حوّل العلماء زيت الطعام إلى مادة أقوى بـ 200 مرة من الفولاذ؟

طريقة أرخص لصنع الجرافين.

وجد الباحثون وسيلة لتحويل زيت الطبخ اليومي إلى مادة الجرافين العجيبة – تقنية يمكن أن تقلل كثيرًا من تكلفة صنع المواد المتناهية الصغر والتي يروج لها كثيراً.

الجرافين هو ورقة واحدة من ذرات الكربون مع خصائص لا تصدق – إنها أقوى بـ 200 مرة من الفولاذ، أشد صلابة من الماس، ومرن بشكل لا يصدق. وفي ظل ظروف معينة، يمكنه أن يتحول إلى موصل جيد للكهرباء دون أدنى مقاومة.

وهذا يعني أن هذه المادة لديها القدرة على إيجاد الكترونيات أفضل، وخلايا شمسية أكثر فعالية، ويمكن أن تستخدم في الطب حتى .

اقترحت إحدى الدراسات في العام الماضي، أن الجرافين يمكن أن يمد بطاريات الهواتف المحمولة بطاقة 25 في المئة لفترة أطول، كما لديه القدرة على تصفية الوقود من الفراغات متناهية الصغر.

ولكن كانت كل هذه التطبيقات محدودة، بسبب أن صنع الجرافين يستوجب عادة أن يتم في فراغ وفي حرارة شديدة باستخدام مكونات للتنقية، مما يجعل تكلفة إنتاجه مرتفعة إلى حد ما.

حتى نتمكن من العثور على وسيلة فعالة من حيث التكلفة لكتلة إنتاج معقولة للمادة، فإنها تبقى محدودة إلى حد كبير في المختبرات.

تمكن العلماء الآن، في أستراليا من إنشاء الجرافين في الظروف الجوية العادية، وذلك باستخدام زيت طهي رخيص مصنوع من فول الصويا.

يقول أحد الباحثين، تشاو جون هان Zhao Jun Han من منظمة الكومنولث للبحوث الصناعية CSIRO والعلمية في استراليا:

« عملية تصنيع الجرافين هذه في الهواء المحيط، تعتبر عملية سريعة وبسيطة وآمنة، ويحتمل أن تكون قابلة للتطوير، وسهلة التكامل، ومن المتوقع أن تساهم هذه التكنولوجيا الفريدة من نوعها في خفض تكلفة إنتاج الجرافين وتحسين استعماله في تطبيقات جديدة».

كما سمى فريق هذه التقنية الجديدة بـ ( تكنولوجيا GraphAir )، والتي تنطوي على تسخين زيت فول الصويا في فرن على شكل أنبوب لمدة 30 دقيقة، الأمر الذي يؤدي إلى تحللها إلى كتل بناء الكربون.

يتم تبريد الكربون بعد ذلك بسرعة على رقائق مصنوعة من النيكل، حيث ينتشر على هيئة مستطيل رقيق من الجرافين بسماكة حوالي نانومتر واحد (حوالي 80000 مرة أرق من شعرة الإنسان).

هذا الأسلوب ليس فقط أرخص وأسهل من الطرق الأخرى، بل إنه أسرع بكثير لصنع الجرافين في الفراغ تستغرق العملية عدة ساعات.
وقال تشاو لهيئة الإذاعة الأسترالية (ABC) أن هذه التقنية يمكن أن تقلل من تكلفة صنع الجرافين بـ 10 أضعاف.

ليس ذلك فحسب، وإنما يوفر خيارًا أكثر استدامة لإعادة تدوير نفايات زيت الطهي.

وأضاف أحد أعضاء فريق دونغ هان سيو: «يمكننا الآن إعادة تدوير نفايات الزيوت التي كانت على خلاف ذلك يتم التخلص منها وتحويلها إلى شيء مفيد».

والسؤال الآن هو ما إذا كانت هذه التقنية الجديدة يمكن زيادتها – العثور على أرخص وسيلة لجعل الجرافين رائع، ولكن رقاقة الجرافين المنتجة حتى الآن لا تشكل سوى 5 سم (1.9 بوصة) بنسبة 2 سم (0.8 بوصة) في الحجم.

يقول الفريق أن أكبر الرقاقات التي يمكن أن تنتج باستخدام هذه التقنية الآن هو بحجم بطاقة الائتمان.

لجعل الجرافين تتناسب حقا للاستخدام التجاري، سيحتاج الباحثون إلى إنتاج رقاقات أكبر من ذلك.

(إن الإمكانات هائلة)، حسب ماصرّح به ديفيد أوفيسر David Officer ، خبير الجرافين من جامعة ولونغونغ Wollongong في أستراليا، الذي لم يشارك في الدراسة.

وأضاف:«[لكن] سيكون السؤال ما إذا كان بإمكاننا توسيع النطاق الاقتصادي لوسيلة مثل هذه، حيث أنها قد خُتمت داخل الفرن ، لإنشاء رقاقات بحجم متر».

يبحث الفريق الآن عن شركاء تجاريين لتحقيق هذا الهدف.

لكن هؤلاء الباحثون ليسوا الوحيدين الذين يعملون على ذلك – في الأسبوع الماضي، قام فريق من جامعة ولاية كنساس بوضع براءة اختراع لتقنية بسيطة تنتج الجرافين فقط باستخدام غاز الهيدروكربون، والأكسجين، وولاعة. دون فراغ.

سوف يبين الوقت ما إذا كان يمكن استخدامها لصنع فعال لرقاقات كبيرة من الجرافين في دفعة واحدة، ولكن من الجميل أن نعرف أن الباحثين في جميع أنحاء العالم يعملون على إيجاد طريقة لإخراج هذه المواد من المختبر إلى الحياة.

وقد تم نشر البحث في مجلة Nature Communications.

المترجم: أمين المهدي الصفحي
تدقيق: أسمى شعبان
المصدر