Graphene, דו-ממדי פחמן דוטרופיה מורכבת שכבת יחיד של אטומים מסודרים בלחיצות hexagonal, התפתחה כאחד nanomaterials המבטיחים ביותר של המאה ה -21. התכונות מכניות, תרמיות וחשמליות יוצאות לדרבן מחקר אינטנסיבי על פני אינספור תעשיות.אחד היישומים משכנעים ביותר בפיתוח של חומרים בעלי ביצועים גבוהים, ידידותי לסביבה.

הבנה: מבנה ונכסים מרכזיים

Graphene מתואר לעתים קרובות כבלוק הבניין של גרפן. בצורתו הפשוטה ביותר, זה גיליון של אטומי פחמן רק אחד אטום עבה.למרות עובי מינימלי שלה, גרפן יש כוח רבייה בערך 200 פעמים גדול יותר פלדה, מה שהופך אותו אחד החומרים החזקים ביותר אי פעם נמדד.הוא גם גמיש מאוד, שקוף, ומנצח יוצא דופן של חום וחשמל.

תכונות אלה נובעות מן ההסדר הייחודי של אטומי פחמן בלחיצות דבש. האג"ח קוהנדס חזק בין אטומים לתת את גיליון החוסן המכאני שלה, בעוד האלקטרונים המסלקים חופשיים מאפשרים התנהגות יוצאת דופן.

סוגים של Graphene בשימוש ב- Packaging

לא כל גרפן הוא אותו. עבור יישומים אריזה, החוקרים בדרך כלל להשתמש תחמוצת גרפן (GO), מופחת oxide oxide (rGO), או prise גרפן ננופלט (GnP) Graphene oxide קל יותר לייצר בכמויות גדולות יכול להיות מפוזר במים או פולימרים, מה שהופך אותו תואם לתהליכי ייצור קיימים.

למה גרפן לחבילה ידידותית לסביבה?

חומרי אריזה מסורתיים עומדים בפני סחר בסיסי בין ביצועים וקיימות סביבתית. פלסטיקs כמו פוליאתילן ופוליפרופילן מציעים תכונות מחסום מעולה עמידות, אבל הם נגזרים דלקים מאובנים ומתמשכים בסביבה במשך מאות שנים. חלופות biodegradable כגון PLA (חומצה פולילקקטית) הם קומפוסט-פוסט-פוסט-פוסט-פוסט-פוסט-פוסט-פוסט-פוסט-כי אך לעתים קרובות חסרים את הביצועים הכוח והמחסום הדרושים למוצרים רבים.

Graphene יכול לגשר על הפער הזה.על ידי שילוב כמויות זעירות של גרפן לתוך פולימרים, מרוכבים יכולים להשיג כוח עליון, חוסר יכולת גז והתנגדות UV תוך השארת משקל ופוטנציאל מחזורי.זה הופך את החומרים המותאמים גרפין למועמדים אידיאליים עבור אריזה הדור הבא.

כוח מכני משופר

כאשר מפוזר לתוך ממטריקס פולימר, גרפן ננופליות לפעול כמו חיזוק nanofillers. אפילו על טעינה נמוך כמו 0.1-1% על ידי משקל, גרפן יכול להגדיל באופן משמעותי את הכוח רבילי, מודלוס וקשות של סרטי אריזה.זה מאפשר יצרנים להשתמש בחומרים דקים ללא הקרבה ביצועים, צמצום צריכת הפלסטיק הכוללת.

נכסים נוספים של Barrier Properties

אחד הפונקציות החשובות ביותר של אריזה הוא להגן על התוכן מחמצן, לחות ואור.ה הסדינים האטומיים של Graphene ליצור נתיב מתפתל כי גז ומולקולות vapor חייבים לנווט, באופן דרמטי להאט את ההנצחה שלהם. מחקרים הראו כי ציפויי תחמוצת גרפן יכולים להפחית את שיעורי העברת החמצן על ידי מספר הזמנות של גודל בהשוואה לסרטי פולימרים חשופים.זה יכול להאריך באופן משמעותי את החיים של מזון, אלקטרוניקה, צריכת מזון, אלקטרוניקה, צריכת מזון, אלקטרוניקה, צריכת מזון, צריכת פסולת.

הגנה מפני UV

ציפויים מבוססי Graphene מספקים גם חסמי לחות מצוינים.זה קריטי עבור מוצרים רגישים לחות, כגון מזונות יבשים, תרופות ורכיבים אלקטרוניים.בנוסף, גרפן יכול לספוג אור UV, הגנה על תוכן מ photodegradation. אלה תכונות מחסום משולב להפוך גרפן תוספת אחת עבור ביצועים גבוהים eco-packaging.

משקל קל והורדת טביעת רגל פחמן

מכיוון שחומרי גרפן-reinforce יכולים להיות דקים וקלים יותר, הם להפחית את משקל האריזה ליחידה.אריזות Lighter משמע עלויות משלוח נמוכות יותר וצריכת דלק מופחתת במהלך ההובלה.יתר על כן, שיטות ייצור גרפן רבות יכולות להשתמש מקורות פחמן מתחדשים (למשל, ביומסה, סוכר) ולא מזון מבוסס נפט. כאשר בשילוב עם פולימרים מיחזור או ביו-מגרדים, גרף מבוסס גרף יכול להשיג חיים נמוכים באופן משמעותי.

יישומים אמיתיים ומוצרים חדשים

כמה קבוצות מחקר וחברות כבר לפתח אריזות גרפן-ננדסד לשימוש מסחרי. להלן כמה דוגמאות בולטות על פני מגזרים מרכזיים.

מזון Packaging

ייצור טרי, בשר, חלב ומוצרים אפויים כל ליהנות מחומרים שמרימים על טריות.סרטי Graphene-infused PLA מפותחים עבור אריזה פירות: הסרט מאפשר החלפת גז מבוקרת תוך שמירה על לחות, עיכוב מפונקציה. בדומה, ציפויי תחמוצת גרפין על מגשי נייר יכול למנוע גריז ומים, החלפת קו פלסטיק.

הגנה ומשלוח Packaging

מסחר אלקטרוני יצר דרישה עצומה עבור אריזה קל משקל אך מגן.לוח קרטון מכוונן מעורבב עם גרפן ננופלונים יכול להגדיל את הכוח הדחוס ואת ההתנגדות לרסק, המאפשר קירות דקים ופחות חומר. כמה חברות גם לפתח שקיות דואר מונע גרפן כי הם מיחזור לייצר פחות פליטות מאשר דואר פלסטי מסורתי.

ראפים גמישים ואריזות רפואיות

עבור מוצרי הצריכה, גרף-enhanced מציעה התנגדות puncture טובה יותר ויושרה חותם. באריזה רפואית, שבו סטריליות יש לשמור, תכונות מחסום של גרפן יכול להחליף שכבות מרובות של סולר ופלסטיק עם סרט מורכב יחיד.בנוסף, תכונות אנטימיקרוביאלי שלה (graphene יכול לשבש membranes תאים חיידקי) להוסיף שכבת בטיחות עבור תלבושות הפצעים ואריזות.

שיטות ייצור ואתגרי סקאלה

למרות ההבטחה שלה, דרוג האריזה מבוססת גרפן נשאר אתגר.הייצור של גרפן באיכות גבוהה עדיין יקר, לעתים קרובות דורש פיזור כימי (CVD) או exfoliation כוח עבודה. Graphene oxide הוא זול יותר, אבל דורש תהליכי הפחתה זהירה כדי להחזיר את הביצועים המלאים.

סוגיה נוספת היא פיזור אחיד. Graphene נוטה להפחתה של פולימר, הפחתת יעילותו.חוקרים חוקרים חוקרים לחקור פונקציונליות פני השטח ושילוב מונע כדי לשפר את הפיזור. למרבה המזל, ההתקדמות האחרונה ב-FLT:0liquid-phase exfoliationFLT:1 ירד ו איפשר ייצור תעשייתי של פיזור גרפן.

מדדי החיים ושיקולי הסביבה

בעוד גרפן יכול לשפר את הקיימות, את עלויות הסביבה שלו חייב להיחשב.האנרגיה הנדרשת כדי לייצר גרפן ואת הכימיקלים המשמשים חמצון הם משמעותיים.עם זאת, הערכות מחזור חיים מציע כי כאשר גרפן משמש בטענות נמוכות בשילוב עם פולימרים המבוססים על ביולוגית, ההשפעה הסביבתית נטו נמוכה יותר מאשר אריזה קונבנציונלית.

סודיות ובטיחות

לפני אריזה מבוססת גרפן יכול להגיע לשימוש נרחב, אישורים רגולטוריים מגופים כמו ה- FDA ו- EFSA חייב להיות מושג, במיוחד עבור מגע מזון.מחקר נוכחי על רעילות גרפן מציע כי גם מחוסנים, מבודדים גרפן בפולימרומר פולימר מטבוליים מהווה סיכון מינימלי כל עוד אין ניכוי.עם זאת, מחקרים ארוכי טווח נדרשים לעקוב אחר פרוטוקולים נוקשים כדי להבטיח את הגרף הגרף הטמון בתוך החומר.

תחזית עתיד: הדרך לאימוץ המונים

שילובו של גרפן לאריזות ידידותיות לסביבה אינו חלום רחוק; הוא כבר קורה במפעלי טייס ומוצרים מסחריים מוקדמים.כפי שעלויות הייצור ממשיכות ליפול - המיועד לרדת מתחת ל-100 דולר לקילוגרם עבור ציונים מסוימים בתוך העשור הבא - מחיר עם פלסטיק קונבנציונלי יהיה בשפע.

במבט קדימה, אנו יכולים לצפות גרפן לאפשר מושגים חדשים לחלוטין של אריזה, כגון אריזה חכמה המנטרת טריות באמצעות מעגלים גרפיים מוליכים, או אריזה פעילה סופגת את ethylenelenelene כדי להרחיב את חיי המדף.התפתחויות אלה לא רק לשפר את בטיחות המוצר ולהפחית פסולת אלא גם לעזור לעמוד ביעדים של קיימות שאפתנית שנקבעו על ידי ממשלות ותאגידים ברחבי העולם.

מסקנה

Graphene מציעה גישה טרנספורמציה ליצירת אריזה חזקה, קלה יותר, וגישה יותר בר קיימא.על ידי להתגבר על המכשולים הנוכחיים לייצור וסקאלה, חומרים מטבוליים גרפן יכול להחליף פלסטיקים קונבנציונליים ביישומים רבים תוך מתן ביצועים מעולים.היתרונות הסביבתיים - חומר, חיי מדף ארוכים יותר, חיי פחמן נמוכים יותר, ומחזוריות חוזרת - עם מטרות של כלכלה מעגלית.