قام باحثون في جامعة واترلو (كندا) بتطوير حبر جرافين خالي من الإضافات على أساس الماء يفتح إمكانيات جديدة للتطبيقات في الإلكترونيات وصناعة السيارات والتكنولوجيا البيئية. يمكن معالجة الحبر باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد ويقدم حلول مستدامة للعديد من التحديات التقنية.

يمكن استخدام حبر الجرافين القائم على الماء لتصنيع أجهزة الاستشعار الإلكترونية والمكونات الخفيفة الوزن. المصدر: جامعة واترلو

يعتبر الجرافين مادة واعدة بسبب خصائصه الكهربائية والحرارية الفريدة. ومع ذلك، كان تطبيقه الصناعي محدودا بسبب صعوبة التعامل مع الهيكل المسحوقي. وحل الباحثون في جامعة واترلو هذه المشكلة عن طريق تطوير حبر جرافين خالي من الإضافات على أساس الماء. هذه الصيغة الجديدة تسمح لتشكيل الجرافين إلى هندسات معقدة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد دون الحاجة إلى المذيبات الكيميائية. هذا يجعل الإنتاج أكثر صديقة للبيئة ومتنوعة.

التوصيل العالي والحبر الجرافين القابلية للتشكيل تجعله مناسب لمجموعة من التطبيقات. يمكن استخدامه في أجهزة استشعار محمولة للساعات الذكية أو مقاييس الجلوكوس لمرضى السكري. في صناعة السيارات، يمكن استخدامها لتصنيع مكونات المركبات الخفيفة، مما يقلل من استهلاك الوقود ويزيد من المتانة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الحبر في التكنولوجيات البيئية، على سبيل المثال لترشيح وتحلية المياه أو لتنظيف الانسكابات النفطية مع الهياكل الفائقة الامتصاص. نهج واعد آخر هو استخدامه في احتجاز ثاني أكسيد الكربون لمكافحة تغير المناخ بنشاط.

كما يفتح حبر الجرافين القائم على الماء إمكانيات جديدة للطلاء العضوي. يمكن استخدامه كطبقة موصلة في الطلاءات الوظيفية التي تستخدم، على سبيل المثال، في الإلكترونيات المرنة أو الأسطح الذكية. بالإضافة إلى ذلك، يتيح الحبر تطوير طلاء واقي مستدام خالي من المذيبات للمعادن والبلاستيك، مما يعني أنه يمكن تحقيق عمليات طلاء أكثر صديقة للبيئة.

إنتاج جماعي فعال من خلال عملية جديدة

أحد الجوانب الرئيسية لهذا الابتكار هو العملية الكهروكيميائية ذات الخطوتين التي تم تطويرها حديثا والتي تمكن من إنتاج الأوراق النانوية للجرافين في الماء. تسمح عملية تداخل خاصة ، حيث يتم إدراج الجزيئات في الجرافيت الطبقي ، بالإنتاج المستمر لجسيمات الجرافين على نطاق نانو.

ووفقا للبروفيسور ميلاد كامكار، مدير مختبر تصميم المواد متعددة النطاقات في جامعة واترلو، فإن هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون اختراقا لتطوير المواد المستدامة. يجمع الحبر الجديد بين الصداقة البيئية والأداء العالي ويمهد الطريق لتطبيقات مبتكرة في مجموعة واسعة من الصناعات.

المصدر: جامعة واترلو، 2025