Bu makalede, grafen ve bir grafen yağlayıcının ne anlama geldiğinin yanı sıra, bir girdap katman cihazı kullanarak grafen yağlayıcıların operasyonel özelliklerini iyileştirmenin yolunu tartışacağız.

2010 yılında Nobel Fizik Ödülü, iki boyutlu grafen malzemesiyle ilgili çığır açan deneyler yapan A. Geim ve K. Novoselov’a verildi. O zamandan bu yana on yıldan biraz fazla zaman geçti ve grafen şimdiden birçok endüstride uygulama alanı buldu. Şimdiye kadar, grafenin geniş ölçekli kullanımı nispeten yüksek fiyatı nedeniyle kısıtlandı, ancak malzemeyi üretme teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte fiyatı da düşecek ki bu da şu anda bile gözlemleniyor.

Grafen ne anlama geliyor?

Grafenin bir malzeme olarak ana özelliği atomik kristalinin iki boyutlu olmasıdır. Kristal, altıgen bir kafes halinde düzenlenmiş karbon atomlarından oluşur. Boş peteklerin üst katmanı düz tabanlarına paralel olarak dikkatlice kesilirse grafen kafes modelinin nasıl görüneceğini hayal etmek mümkün. Sonuç olarak, aynı altıgen hücrelere sahip düz bir ızgara göreceğiz; grafenin tek katmanlı kristal yapısı böyle görünüyor.

Şekil 1 – Taramalı elektronik mikroskoptan geçen grafen lifleri

Grafen üretimi

Grafen, grafitten üretilir çünkü grafit esasen bireysel grafen katmanlarının bir yığınıdır. Bu, görevin bir katmanı dikkatli bir şekilde ayırmaya kadar daraltıldığı anlamına gelir. Üst tabakayı çıkarmak için örneğin en ince grafit kristalleriyle birlikte alt tabaka yüzeyine aktarılan bir yapışkan bant (scotch bant) kullanılabilir. Elde edilen grafen kristallerinin altlığa yapışması birbirine yapışmasından daha yüksekse, altlık yüzeyinde grafen kristalleri kalır.

Kimyasal tabakalaştırma gibi başka grafen üretim yöntemleri de vardır. Grafit, asitlerle işlenerek hidrofilik grafen oksitler (grafonlar) oluşturulur ve bunlar daha sonra düşük kaliteli grafene indirgenir.

Grafen uygulamaları

Grafenin uygulamaları, yüksek iletkenlik ve termal iletkenlik, dayanıklılık ve hidrofobik doğa gibi özelliklerinden dolayı sürekli olarak genişlemektedir. Grafenin bilinen uygulamaları:

• numunelerin spektroskopi ile incelenmesi için grafen substratlarının üretimi;
• güneş pilleri ve sıvı kristal ekranlar için grafen şeffaf iletken kaplamaların üretimi;
• grafen entegre mikro devrelerin üretimi;
• grafen alan etkili transistörlerin üretimi;
• akıllı telefonların termoregülasyonunda kullanılması;
• şarj edilebilir pillerde kullanılması;
• kompozit malzemelerin üretimi;
• yağlayıcı gres vb. üretimi

Grafenin yağlayıcı gres üretiminde kullanımını daha detaylı tartışalım.

Yağlayıcı gres —Nedenİçinde grafen var mı?

Yağlayıcıların temel amacı sürtünmeyi ve dolayısıyla karşılıklı temas eden yüzeylerin aşınmasını azaltmaktır. Şimdi zirkonyum oksit ve silikon levhadan yapılmış top şeklinde bir örneğiniz olduğunu hayal edin. Bu topun levha üzerinde ileri geri hareketini yapmaya başlarsanız, 10-15 dakika içinde levha yüzeyinde bir “oluk” oluşacaktır. Yeni bir silikon levhaya en ince grafen tabakası (1 nm’yi aşmayan) bir şekilde uygulanırsa ve sonrasında topun ileri geri hareketi ile testler yapılırsa levha sağlam kalacaktır. Bu durumda sürtünme katsayısı düşük olacak ve uzun süre neredeyse hiç değişmeyecektir. Grafenin düşük sürtünme katsayısını koruma özelliği hem ıslak hem de kuru ortamda korunur.

Grafenin bir diğer faydalı özelliği de suyu itmesi ve havanın geçmesine izin vermemesidir; yani metallerin yüzeyindeki oksidatif süreçleri yavaşlatır. Bunların hepsi, yağlayıcı gres üretiminde grafenin kullanılması için iyi ön koşullardır.

Grafen yağlayıcı – üretimin özel yönleri

Genel olarak bir yağlayıcı, sıvı bir baz (dağılım ortamı), katı bir koyulaştırıcı (dağılmış faz) ve katkı maddelerinden (katkı maddeleri) oluşan bir maddedir. Grafenin özelliği, hem koyulaştırıcı olarak hem de yağlayıcının iyi tribolojik özelliklerini sağlayan bir katkı maddesi olarak kullanılabilmesidir. Bununla birlikte, bu özellikler, grafenin nispeten büyük miktarda (koyulaştırıcı olarak) veya küçük miktarlarda (katkı maddesi olarak) kullanılmasına bakılmaksızın, yalnızca yağlayıcı hacmi boyunca eşit şekilde dağıtılması durumunda elde edilebilir. Geleneksel mekanik karıştırıcılar, bir yağlayıcının optimum tribolojik özelliklerinin elde edilmesine izin vermeyen bu görevle başa çıkamamaktadır.

Ferromanyetik parçacıklar girdap katmanı cihazı (AVS), bileşenlerin iyi bir şekilde karıştırılmasına ve eşit şekilde dağıtılmasına yardımcı olacaktır.

Grafen yağlayıcılar için girdap katman cihazı

Bir girdap katmanı cihazı dönen bir elektromanyetik alan indüktörü, manyetik olmayan malzemeden yapılmış bir çalışma odası ve onlarca ila yüzlerce parça miktarındaki ferromanyetik parçacıklardan oluşan bir cihazdır. Parçacıklar, indüktör sargısına voltaj uygulandıktan sonra indüklenen dönen bir elektromanyetik alanın etki bölgesinde bulunan çalışma odasına yerleştirilir. Alanın etkisiyle parçacıklar hareket etmeye başlar ve ardından sürekli olarak birbirleriyle ve çalışma odası duvarlarıyla çarpışırlar. Parçacıkların hareket yörüngesini karmaşık hale getirir. Bu durumda, bir grafen yağlayıcının etkili bir şekilde işlenmesine katkıda bulunan olaylar, çalışma odasında eşzamanlı olarak ortaya çıkar:

• akustik titreşimler;
• kavitasyon;
• dönen elektromanyetik alan;
• her bir ferromanyetik parçacığın karıştırma etkisi vb.

Bu faktörler, bileşenlerin etkili bir şekilde karıştırılmasını ve bunların hacim boyunca eşit dağılımını sağlar. Grafenin katkı maddesi olarak örneğin %0,1 oranında kullanılması çok önemlidir. Bu bağlamda AVS benzersiz bir ekipmandır çünkü bu kadar küçük miktardaki maddeyi bile yağlayıcı hacmi boyunca eşit şekilde dağıtır.

Örneğin %10-12 oranında koyulaştırıcı olarak grafen kullanılıyorsa, bileşenlerin ön karışımı geleneksel karıştırıcılar aracılığıyla gerçekleştirilebilir ve elde edilen karışım, bir vorteks katman cihazında ek olarak işlenebilir.

Grafen yağlayıcıların üretiminde girdap katmanı cihazlarının kullanılması, diğer ekipmanlar (mikserler, değirmenler vb.) kullanılarak elde edilen aynı özelliklere kıyasla tribolojik özellikleri (sürtünme ve aşınma katsayıları) geliştirir.

AVS’nin olası uygulaması – grafit yağlayıcının mekanik aktivasyonu

Girdap katmanlı cihazların pratik uygulaması açısından edindiğimiz deneyim, bunların grafit yağlayıcıların mekanik aktivasyonu için umutlar sunduğunu gösteriyor.

Hipotezin özü aşağıdaki gibidir. Grafit yağlayıcıları bir girdap katman cihazında işlerken, grafitin parçacık boyutu ve katmanlanması azalır; yani grafit yağlayıcıların tribolojik özelliklerini iyileştirecek grafen yapıları oluşturulabilir.

Girdap katmanı cihazlarının avantajları

Grafen yağlayıcıların üretiminde girdap katman cihazlarının uygulanması aşağıdaki avantajlara sahiptir:

• Cihaz, miktarına bakılmaksızın grafeni yağlayıcı hacmi boyunca yüzde onda biri ve yüzde biri kadar eşit şekilde dağıtır.
• Cihaz fazla güç tüketmiyor. GlobeCore sırasıyla 4,5 ve 9 kW güç gereksinimine sahip vorteks katman cihazının AVS-100 ve AVS-150 modellerini üretmektedir.
• Girdap katmanı cihazında bileşenlerin karıştırılması işlemi, ultrason, kavitasyon, yüksek yerel basınçlar, dönen elektromanyetik alan vb. gibi yoğunlaştırıcı faktörlerin etkisi nedeniyle çok hızlı bir şekilde (saniyeler ve dakikalar içinde) ilerler.
• Cihaz, akış modunda çalışır ve grafen yağlayıcıların üretimi için hem tanklı ana karıştırıcı yerine (zemin alanından tasarruf sağlar) hem de bileşenlerin ek işlenmesi için onlardan sonra monte edildiği şekilde mevcut teknolojik hatlara kolayca entegre edilebilir.
• Cihaz bakım açısından basit ve iddiasızdır. Sürekli bakım gerektiren sürtünme bileşenleri yoktur.
• Dayanıklılık. Cihazların kullanım ömrü çalışma şartlarına bağlı olarak onlarca yıla ulaşabilmektedir.

Daha fazla bilgi almak ve deney siparişi vermek için lütfen web sitemizin ilgili bölümünde yer alan iletişim bilgilerini kullanın.