هناك عدد قليل من المواد التي توصف بأنها مواد فائقة الجودة ، لكي يتم التعرف عليها على هذا النحو ، فإنك تحتاج إلى بعض الميزات الرائعة جدًا. الجرافين مادة تم اكتشافها مؤخرًا نسبيًا ولها عدد من الميزات المثيرة للاهتمام مثل مدى قوتها وخفة وزنها. يجتهد العلماء والباحثون في البحث عن تقنيات جديدة لإنتاج الجرافين واستكشاف الاستخدامات المحتملة له.
الجرافين هو تآصل من صنع الإنسان ، أو شكل من الكربون. يتكون من هيكل سداسي كما هو الحال في الجرافيت ، ولكنه عبارة عن لوح بسماكة ذرة واحدة فقط مما يجعله خفيفًا للغاية. من الناحية الفنية ، لا تزال الأوراق متعددة الطبقات تسمى الجرافين حتى حوالي 30 طبقة وبعد ذلك يطلق عليها الجرافيت.
في الهيكل السداسي الذي يستخدمه الجرافين ، ثلاثة من إلكتروناته الأربعة المتاحة لتكوين روابط سيجما قوية مع ثلاث ذرات كربون أخرى. يكون الإلكترون النهائي المتاح حرًا في الانتقال عبر ورقة الجرافين بأكملها. يجعل الإلكترون الحر لكل ذرة كربون الجرافين موصل للكهرباء ، وقد أثبتت الأبحاث أنه يمكن أن يكون أكثر موصلة من النحاس. تجعل الروابط الثلاثية القوية من الصعب كسر الجرافين لدرجة أنك إذا صنعت لوحًا سميكًا من الفولاذ ، فسيكون الجرافين أقوى 100 مرة من أقوى فولاذ.
يتم امتصاص 2.3٪ فقط من الضوء البصري ، مما يجعل الجرافين يبدو شبه شفاف ، ويرجع ذلك أساسًا إلى كونه سميكًا لذرة واحدة فقط.
تم توضيح القوة والوزن والشفافية المجمعة للجرافين في جائزة نوبل التي مُنحت للباحثين الرائدين في عام 2010. إذا تم تشكيل ورقة متر مربع من الجرافين على شكل أرجوحة ، فستتمكن من دعم قطة بوزن 4 كجم ، بينما أن تكون شفافة تمامًا تقريبًا ولا يزيد وزنها إلا عن 0.77 ملليغرام من شعيرات القطة.
يتم إجراء الأبحاث على الجرافين في العديد من مجالات الدراسة المختلفة مثل الطب والإلكترونيات والبيئة. تاريخياً ، كانت التكلفة من أهم العوامل المحددة للتطبيقات التجارية. ومع ذلك ، في العقد الذي أعقب إنشائه لأول مرة ، انخفضت تكلفة تصنيع الجرافين بشكل كبير ، مما يعني أن التطبيقات التجارية بدأت في الظهور.
ستكون البطاريات إحدى الصناعات الرئيسية التي سيرى المستهلكون فيها يومًا ما تأثير الجرافين. أظهرت الأبحاث أن الجرافين سيكون قادرًا على تخزين كميات كبيرة من الطاقة بكميات أصغر وأخف وزنًا حزم من بطاريات الليثيوم الحالية التي قد تكون قادرة على الشحن في بضع دقائق بدلاً من ساعات. من المحتمل أيضًا أن تكون بطاريات الجرافين مرنة ، مما يتيح لها أن تُدحرج بسهولة أو تتشكل في أشكال مختلفة.