تطوير راتنجات الجرافين المعدلة بالحرارة

الجرافين هو مادة مستوية ثنائية الأبعاد على شكل قرص العسل تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون المتصلة بطريقة هجينة sp2. يتمتع بالعديد من الخصائص الممتازة، مثل قدرة الناقل العالية على الحركة، ونفاذية الضوء العالية، ومساحة السطح النوعية العالية، ومعامل يونج العالي، وقوة الكسر العالية، إلخ. تجعل هذه الخصائص الجرافين مادة حشو مثالية لتحسين أداء الراتنجات الصلبة بالحرارة. اجتذبت مواد الراتنج الصلبة بالحرارة اهتمامًا واسع النطاق من الصناعة والأوساط الأكاديمية بسبب مزاياها مثل القوة النوعية العالية، ومعامل المرونة الكبير، والاستقرار الحراري الجيد ومقاومة التآكل.

هناك طريقتان رئيسيتان لتعديل سطح مسحوق الجرافين: تعديل الرابطة التساهمية وتعديل الرابطة غير التساهمية.

تعديل الرابطة التساهمية هو طريقة تستخدم التفاعلات الكيميائية لتحقيق الترابط التساهمي للمعدِّلات على سطح الجرافين، أو المعالجة الخاصة للجرافين لتكوين مجموعات وظيفية جديدة أو روابط كيميائية، وبالتالي تحسين توافقية مسحوق الجرافين وقابليته للتشتت في مصفوفة الراتنج.

يجمع تعديل الرابطة غير التساهمية بشكل أساسي بين المجموعة المعدلة والجرافين من خلال تكديس الرابطة π-π لتحقيق تعديل فعال للجرافين. تتمثل ميزة هذه الطريقة في أنها تعمل على تحسين قابلية تشتت الجرافين دون تغيير البنية الكيميائية للجرافين أو إدخال روابط تساهمية جديدة.

بالنسبة لأنواع مختلفة من مصفوفات الراتنجات الصلبة بالحرارة، من الضروري اختيار طريقة تعديل مناسبة بحيث يمكن توزيع مسحوق الجرافين بالتساوي في الراتنج دون التأثير على أداء مصفوفة الراتنج.

كنوع جديد من الحشو المعزز، يمكن توزيع الجرافين بالتساوي في مصفوفة الراتنجات الصلبة بالحرارة لتحسين الخصائص الميكانيكية ومقاومة التآكل والخصائص الكهربائية ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل للمواد المركبة بشكل كبير، وبالتالي توسيع نطاق تطبيق المواد المركبة القائمة على الراتنجات الصلبة بالحرارة.

الخصائص الميكانيكية

يمكن للجرافين تحسين الخصائص الميكانيكية لمواد الراتنجات الصلبة بالحرارة بشكل كبير، مما يجعل المواد المركبة ذات قيمة تطبيقية مهمة في مجالات الآلات وأجزاء الهياكل للسيارات.

أداء مضاد للتآكل

ستؤدي إضافة أكسيد الجرافين إلى تحسين التوصيل الحراري للمادة المركبة وتسريع عملية استخراج الحرارة، مما يقلل من معدل التآكل الخطي للمادة المركبة بنسبة 62.08%. تساعد إضافة أكسيد الجرافين في تحفيز تكوين طبقة كربونية في المصفوفة أثناء عملية التآكل، مما يعزز درجة تآكل المصفوفة، وتكوين طبقة عازلة للحرارة لمنع الحرارة من التمدد إلى المادة، وبالتالي تقليل معدل التآكل الخطي للمادة المركبة وتحسين مقاومة التآكل لمادة الراتنج المركبة.

الخصائص الكهربائية

الجرافين مادة كربونية ذات بنية شبكية قرص العسل ثنائية الأبعاد تتكون من ذرات كربون مهجنة sp2. توفر الإلكترونات الهيكلية π الممتازة تأثيرًا مترافقًا، مما يحسن بشكل كبير من حركة الإلكترونات. في نفس الوقت، في ظل الظروف المثالية، يكون نطاق التوصيل ونطاق التكافؤ في الجرافين على اتصال عند نقطة ديراك، بحيث يمكن للإلكترونات التحرك بين نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل دون عوائق الطاقة، وبالتالي تعزيز الجرافين للحصول على خصائص كهربائية ممتازة.

مقاومة التآكل

يعتبر الراتنج المتصلب بالحرارة مادة مصفوفة شائعة في مواد الطلاء وله مقاومة ممتازة للتآكل، ولكن مادة الراتنج المعالجة ستنتج مسامًا دقيقة أو فجوات دقيقة، مما يضعف قدرة الحماية للركيزة. يمكن للاستقرار الكيميائي وخصائص الحاجز للجرافين نفسه أن تمنع بشكل فعال اختراق العوامل المسببة للتآكل وتمنع المزيد من انتشار العوامل المسببة للتآكل في السطح عندما تصل إلى سطح المعدن، مما يقلل من درجة الضرر التآكلي للركيزة الواقية، مما يجعله الحشو المفضل لطلاء الركيزة المعدنية.

تطبيق راتينج الجرافين المعدّل بالحرارة

في الوقت الحاضر، يتم استخدام راتينج الجرافين المعدّل بالحرارة بشكل أساسي في الطلاءات المقاومة للتآكل الثقيلة، والتي يتم رشها على المعدات الكبيرة (مثل السفن الكبيرة، والمنصات السطحية، وطواحين الهواء، وما إلى ذلك) لمنع التآكل وإطالة عمر الخدمة؛ وفي المستقبل، سيتم أيضًا استخدام راتينج الجرافين المعدّل بالحرارة على نطاق واسع في مجال الطيران والمكونات الإلكترونية وغيرها من المجالات.