وقد تم الترحيب بغرافين، وهي طبقة واحدة من ذرات الكربون التي تم ترتيبها في إطار من التهاب السداسي، كمواد عجيبة منذ عزلته في عام 2004، مما يجعلها مزيجا استثنائيا من القوة والنور والسلوك الكهربائي مرشحا رئيسيا لثورة السلامة في السيارات، ويقوم المهندسون وعلماء المواد بتطوير طرق لإدماج الغرافيين في مكونات المركبات، بهدف إنشاء سيارات لا تنهار فحسب وأكثر أمانا في مجال الوقود.

لماذا (غرافين) هو حلّ للمواد الآلية

خصائص (غرافين) الاحتياطية تنبع من هيكلها الذري الفريد، حيث يبلغ حجمها 200 مرة تقريباً من الصلب، ويقل وزنها بحوالي 6 أضعاف عن حجم الوحدة،

مقارنة غرامين بالمواد التقليدية للسيارات

وقد تم التوصل إلى أفضل استخدام لمواد السيارات التقليدية مثل الصلب العالي الوطأة والألومنيوم على مدى عقود، ولكن كل منها له مبادلات، والصلب قوي ومعقول التكلفة، ولكن الألومنيوم أخف وأقوى تكلفة لتشكيله، بينما تؤدي ألياف الكربون إلى ارتفاع القوة وانخفاض الوزن، ولكنها تُحدث كسوراً باهظ التكلفة ويصعب إعادة تدويرها.

التطبيقات الرئيسية للغرفين في السلامة الآلية

ويغطي إدماج نظام الرسم البياني عدة نظم فرعية للمركبات، ويأتي أدناه أكثر المناطق واعدة حيث يجري اختبار المواد المحسنة للرسوم البيانية أو التي سبق أن تم تسويقها.

Reinforced Composite Body Panels

ويمكن تشتيت نانوبلات غرافين في مركبات حرارية أو حراريات لخلق لوحات أكثر أخف من الفولاذ وأكثر مقاومة للصدمات من الألومنيوم، وعلى سبيل المثال، فإن إضافة البوليبروبيل إلى البوليبروبيل (البلاستيك المشترك للسيارات) تزيد من قوة التحمل بنسبة تصل إلى 40 في المائة ومتوسطة التراكم بنسبة 30 في المائة.

كراش - مقاوم للأخطار الهيكلية

"الطريقة العالية لـ "غرافين الصغير و القدرة على نقل الحمولة تجعلها مثالية لتعزيز السكك الحديدية المحطمة و الشعاعات و أعضاء التشويش بدمج الغرافيين في الألومنيوم أو السك الحديدية المغنزيوم

ضيافة الوزن والضوء الآمن

مركبات كهربائية تعتمد على عبوات البطاريات الثقيلة التي كثيرا ما تكون تحت الأرض ويمكن استخدام المركبات المحسنة في غلاف البطاريات الخفيفة التي تحمي الخلايا من التمزقات والهروب الحرارية، وتساعد المواسير الحرارية في تفكك الحرارة، والحد من مخاطر الحريق.

أجهزة الاستشعار المتقدمة عن السلامة والإلكترونيات

يمكن أن تكون هذه الشاحنات مُجسّدة في المقاعد، وعجلات التوجيه، وألواح الأبواب لكشف الوجود والوضع، مما يؤدي إلى نشر حقائب الهواء بدقة.

الإدارة الحرارية والتفكيك

ومن الأهمية بمكان إبراز صورة واضحة للسلامة، إذ يمكن للأفلام السلوكية الشفافة التي ترتكز على غرافين أن تحل محل المعاطف التقليدية لأوكسيد المعادن في زجاجات الريح ونوافذ الريح الخلفية، وترتفع هذه الأفلام بسرعة وبصورة متكافئة عندما تُطبق الفولطية، وتمنع تراكم الجليد دون إضافة أسلاك ثقيلة، كما أنها أكثر استدامة من أكاسيد القصدير في الأنديز، ويمكن أن تساعد الطلاء المزودة أيضا على تزيت.

التحديات في الأجزاء المُنتجة على نطاق واسع

وعلى الرغم من وعده، فإن إدماج الرسم البياني في المركبات التجارية يواجه عدة عقبات، ويتمثل التحدي الرئيسي في تحقيق رسم بياني متسق وعالي الجودة على نطاق واسع، وطرائق الإنتاج الحالية - مثل تربة البخار الكيميائي وإلغاء الصبغة السائلة - وهي غلة ذات كثافة عيوب مختلفة وإحصاءات طبقات، وهذا التناقض يؤدي إلى أداء غير متوقع في الأجزاء النهائية، وإن كان الافتراض المتعلق بالتقسيم حاجزا آخر هو:

التشتُّع والتهكم

وحتى عندما يكون الرسم البياني في متناول اليد، فإن من الصعب تفريقه بصورة موحدة في مصفوفة، وتميل صحائف غرافين إلى التكتل بسبب قوات فان دير والس، مما يخلق نقاطا ضعيفة، ويمكن أن يؤدي التشغيل السطحي - الذي يربط مجموعات كيميائية بالغرافيا - إلى تحسين التوافق مع البوليمرات، ولكنه يزيد من التعقيد والتكلفة، كما أن تقنيات الخلط المتقدمة مثل ثلاثة مطاحنات عالية القلب لا تزال قيد البحث.

الشواغل التنظيمية والمتعلقة بالسلامة

وقد تشكل جسيمات النوبات في غرافين مخاطر الاستنشاق أثناء التصنيع إن لم تعالج على النحو السليم، فمعايير السلامة في السيارات مثل معايير سلامة المركبات في البحر الأبيض المتوسط (المقاييس الاتحادية لسلامة المركبات) والشبكة الوطنية الأوروبية للأخشاب المدارية تتطلب اختبارات صارمة للمواد الجديدة، وفي حين أن مركبي الرسوم البيانية قد أجرىوا اختبارات أولية للتحطم، فإن قابلية التكرار في الأجل الطويل في ظل التعرض للمركبات غير المرخصة، والرطوبة، وما زالت تحتاج إلى التحقق.

التوقعات المستقبلية: نحو مركبات الإنتاج

وقد بدأ عدد من صناعات السيارات بالفعل إدماج الرسم البياني في نماذج الإنتاج أو السيارات المفاهيمية، فعلى سبيل المثال، استخدم محرك BAC Mono (وهو جهاز عالي الأداء) لوحات من ألياف الكربون التي تعمل على تعزيزها والتي تقلل من الوزن بنسبة 20 في المائة بينما تزيد من التكتل، وفي عام 2021، ظهرت أغطية من محركات الوزن الخفي المحسن في بعض النماذج (في شراكة مع شركة XG Sciences).

المنجزات القادمة

وتركز البحوث الجارية على إنتاج مادة الغرافيين من مصادر كربونية وفرة مثل الميثان أو حتى مبيد النفايات، وتظهر تقنيات مثل تسخين الجولات الوميضية والتخصيب الكهروكيميائي الوعود للإنتاج المنخفض التكلفة والعالي، وبالإضافة إلى ذلك، فإن النماذج الحسابية والتعلم الآلي يعجلان بتصميم وصلات بينية متبادلة بينية مثلى بينية بينية بينية بين الغرافينيين، حيث أن هذه التكنولوجيات تصبح أكثر تطورا.

وفي موازاة ذلك، يجري تطوير مركبين معالجين ذاتياً يحتويان على رسوم بيانية: يمكن أن تصليح المصفوفة المصورة من نوع " غلوبالمر " تلقائياً، وتمتد الحياة المكوّنة وتحافظ على هوامش الأمان، ويمكن استخدام هذه المواد في مجالات هيكلية استراتيجية مثل تعزيزات الببليار أو السقف.

خاتمة

وتبشر شركة غرامين بتحول السلامة في السيارات من خلال تطوير الوزن فوق النور والمواد القوية، فإدماجها في لوحات الجسم، وهياكل التحطم، والبطاريات، والمجسات يمكن أن يؤدي إلى مركبات ليست أخف وأكثر كفاءة فحسب، بل أكثر مرونة في عمليات الاصطدام، وفي حين أن التحديات في مجال التصنيع المتصاعد، والتكاليف، والتثبت من المجازة الطويلة الأجل، فإن سرعة الابتكار تشير إلى أن العقد القادم.