مدت زمان تقریبی مطالعه: 6 دقیقه
پوشش های گرافنی طی سال‌های اخیر به یکی از بازارهای بالغ و در عین حال رو به رشد در صنایع مختلف تبدیل شده‌اند. افزودن گرافن به پلیمرها بارها نشان داده که می‌تواند نفوذپذیری پوشش‌ها را به میزان چشمگیری کاهش دهد. این ویژگی کلیدی، راه را برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای نوظهور باز کرده است. بازارهای بزرگی برای پوشش‌های گرافنی وجود دارد که به دلیل خواص منحصربهفرد این ماده، با تقاضای روزافزون همراه شده‌اند.
ویژگی‌های جذاب پوشش های گرافنی
خاصیت ضد میکروبی
گرافن توانایی بالایی در مقابله با باکتری‌ها، قارچ‌ها و حتی ویروس‌ها دارد. این فعالیت ضدباکتریایی عمدتاً ناشی از تماس مستقیم ورقه‌های گرافن با غشای سلولی میکروارگانیسم‌هاست که منجر به تخریب و مرگ آن‌ها می‌شود. چنین قابلیتی، پوشش‌های گرافنی را برای محیط‌های پزشکی و بهداشتی ارزشمند می‌سازد.
خاصیت ضد الکتریسیته ساکن
پوشش‌های آنتی‌استاتیک برای صنایع حساس اهمیت ویژه‌ای دارند. گرافن به دلیل رسانایی بالا و انعطاف‌پذیری، گزینه‌ای ایده‌آل است؛ زیرا بدون نیاز به اصلاح شیمیایی خاص، تنها با مقادیر اندک به پلیمر افزوده می‌شود و خاصیت آنتی‌استاتیک ایجاد می‌کند.
رسانایی الکتریکی
گرافن رسانای فوق‌العاده‌ای برای جریان برق است. سطح ویژه بسیار بالا و آستانه پایین رسانایی سبب می‌شود که مقدار اندکی از آن کافی باشد تا یک پوشش خاصیت رسانایی الکتریکی پیدا کند.
رسانایی حرارتی
این ماده علاوه بر جرم حرارتی پایین، دارای رسانایی حرارتی چشمگیر است. چنین ویژگی‌هایی، گرافن را برای پوشش‌هایی که نیازمند دفع و انتقال مؤثر حرارت هستند، بسیار مناسب می‌سازد. پوشش‌های مبتنی بر گرافن می‌توانند در تجهیزات صنعتی، الکترونیک و حتی زیرساخت‌های انرژی نقش مهمی ایفا کنند.
استحکام مکانیکی
گرافن یکی از قوی‌ترین مواد شناخته‌شده است و در عین حال انعطاف‌پذیری بالایی دارد. این ترکیب موجب مقاومت زیاد در برابر شکست، سایش و خوردگی می‌شود. پوشش‌های گرافنی قادرند از قطعات فلزی در برابر آسیب‌های مکانیکی و شیمیایی محافظت کرده و طول عمر آن‌ها را افزایش دهند.
خنثی بودن شیمیایی
ساختار دوبعدی گرافن آن را در برابر واکنش‌های شیمیایی پایدار کرده و امکان عملکرد آن به‌عنوان سد مؤثر در برابر نفوذ آب و اکسیژن را فراهم می‌کند. این ویژگی، پوشش‌های گرافنی را برای محیط‌های خورنده بسیار کارآمد می‌سازد.
کاربردهای پوشش‌های گرافنی
پوشش‌های رسانای شفاف
ترکیب شفافیت، رسانایی و نفوذناپذیری گرافن، آن را به گزینه‌ای مناسب برای پوشش‌های رسانای شفاف بدل کرده است. چنین پوشش‌هایی می‌توانند در نمایشگرها، پنل‌های خورشیدی و تجهیزات الکترونیکی پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند.
منسوجات هوشمند
در صنعت نساجی، افزودن پوشش‌های گرافنی موجب رسانایی الکتریکی در منسوجات می‌شود. این ویژگی کاربردهایی نظیر پارچه‌های محافظ در برابر تابش‌های الکترومغناطیسی یا تجهیزات پزشکی مانند روکش‌های رسانای تخت‌های جراحی را ممکن می‌سازد.
پوشش‌های الکتروحرارتی
پوشش‌های تقویت‌شده با گرافن می‌توانند با عبور جریان برق، سطح را از طریق گرمایش مقاومتی گرم کنند. این خاصیت در جلوگیری از یخ‌زدگی اجزا و تجهیزات صنعتی اهمیت دارد. در صنایع انرژی بادی (برای پره‌های توربین‌ها) و نفت و گاز (برای خطوط لوله) این فناوری کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است. همچنین در هوافضا برای یخ‌زدایی بال‌های هواپیما و در خودروهای برقی برای حفاظت از باتری‌ها در شرایط سرد به کار گرفته می‌شود.
کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
پوشش‌های گرافنی در کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی بسیار کارآمد هستند. افزودن تنها ۰٫۱ درصد حجمی گرافن به اپوکسی یا پلی‌استر می‌تواند کارایی پوشش را به شکل قابل اندازه‌گیری ارتقا دهد.
چسب‌ها و درزگیرها
افزودن مقدار کمی گرافن (۰٫۵ تا ۲ درصد) به چسب‌ها و درزگیرها، موجب تقویت مکانیکی پلیمر پایه و افزایش پایداری حرارتی می‌شود. این امر از انتشار ترک‌ها جلوگیری کرده و استحکام پیوندها را بهبود می‌بخشد.
روانکارها
ساختار دوبعدی و خاصیت شیمیایی خنثی گرافن، آن را به یک روانکار کارآمد تبدیل می‌کند. گرافن می‌تواند به‌عنوان روانکار جامد مستقل استفاده شود یا در ترکیب با مایعات روانکار متداول به کار رود. افزوده شدن گرافن به روانکارها، اصطکاک را کاهش داده و مقاومت سایشی سطوح را افزایش می‌دهد.
جمع‌بندی
گرافن با ویژگی‌های منحصربهفرد خود، جایگاه ویژه‌ای در توسعه پوشش‌های صنعتی پیدا کرده است. ترکیب رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، استحکام مکانیکی، پایداری شیمیایی و خاصیت ضد میکروبی، پوشش‌های گرافنی را به انتخابی ارزشمند در صنایع متنوعی چون انرژی، خودروسازی، الکترونیک، هوافضا، نساجی و تجهیزات پزشکی تبدیل کرده است. افزایش تقاضا برای این نوع پوشش‌ها نشان‌دهنده آن است که بازار جهانی گرافن همچنان در حال گسترش است و می‌تواند نقشی کلیدی در دستیابی به آینده‌ای پایدار ایفا کند.
منبع
Graphene in Coatings and Paint Applications
