नैनोमेडिसिन और बायोथेराप्यूटिक डिस्कवरी जर्नल
खुला एक्सेस
आईएसएसएन: 2155-983X
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बी. मुन्ज़िंग
ग्राफीन, सैद्धांतिक रूप से ग्रेफाइट की परमाणु परत, अब बड़े औद्योगिक पैमाने पर उत्पादित की जा सकती है। इनमें से अधिकांश प्रक्रियाएँ कुछ परत वाले ग्राफीन उत्पन्न करती हैं। सिक्स्थ एलिमेंट ने विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट डिज़ाइन किए गए गुणों के साथ विभिन्न प्रकार के ग्राफीन के निर्माण के लिए एक स्वामित्व प्रक्रिया स्थापित की है। कोटिंग्स में ग्राफीन का उपयोग कैसे किया जाए, इस पर शोध 2013 में ही शुरू हो गया था, जिसका उद्देश्य विलायक आधारित संक्षारण संरक्षण कोटिंग सिस्टम में जिंक को कम करना था। उच्च जिंक सामग्री वाले मानक प्राइमरों में, जिंक कैथोडिक बलिदान परत के रूप में कार्य करता है, क्योंकि जिंक अधिक अमानवीय धातु है, इसलिए अंडरलेइंग मेटल सब्सट्रेट की रक्षा करता है। जब जिंक अधिक से अधिक ऑक्सीकृत होता है, तो परिणामस्वरूप जिंक ऑक्साइड एक अवरोध का निर्माण करता है, जो आसपास के मीडिया (पानी, नमक) के धातु सब्सट्रेट पर हमले को रोकता है। अब विचार एक ग्राफीन प्रकार को डिजाइन करने का था, जो सिस्टम के किसी भी कैथोडिक फ़ंक्शन का समर्थन करने के लिए पर्याप्त विद्युत प्रवाहकीय हो और बैटरी सेल का उत्पादन किए बिना अवरोध के रूप में कार्य करने में सक्षम हो। एक और आवश्यकता यह थी कि इस तरह के ग्राफीन को कोटिंग उद्योग में उपयोग किए जाने वाले मानक उपकरणों के साथ संसाधित किया जा सकता है। चीन में एक औद्योगिक साझेदार, टॉपेन कंपनी के साथ सहयोग करते हुए, ग्राफीन प्रकार SE1132 विकसित किया गया। यह मध्यम चालकता वाला कुछ परत वाला ग्राफीन है। एपॉक्सी प्राइमर सिस्टम में 1% SE1132 को जोड़ने और जिंक की मात्रा को 25% तक कम करने (शुष्क पदार्थ के आधार पर) से नमक स्प्रे परीक्षण और जल संघनन परीक्षण में मानक जिंक युक्त एपॉक्सी प्राइमर की तुलना में महत्वपूर्ण सुधार दिखाई देता है। इस तरह की प्रणाली के संक्षारण धारा को मापने से परिणामों की पुष्टि हुई है। सिक्स्थ एलिमेंट को इस विकास के लिए चीन और अमेरिका में पेटेंट दिया गया था। चीनी अधिकारियों के स्वतंत्र परीक्षणों के आधार पर इस प्रणाली को अपतटीय अनुप्रयोगों के लिए अनुमोदित किया गया है, जिसे पहली बार 2015 में अपतटीय पवन ऊर्जा टॉवर के स्टील निर्माण की सुरक्षा के लिए लागू किया गया था।
हाल ही में, नए प्राइमर पेश किए गए हैं जिनमें जिंक के साथ-साथ अतिरिक्त पिगमेंट भी शामिल हैं। इन प्राइमर का उद्देश्य जंग से सुरक्षा के लिए नवीनतम आवश्यकताओं को पूरा करना है, जो एक अंतरराष्ट्रीय मानक दस्तावेज़ (ISO 12944-2018) में निर्धारित हैं। दुर्भाग्य से, जिंक उत्पाद, जैसे कि आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला जिंक पाउडर, जलीय जीवन के लिए अत्यधिक विषैले होते हैं। इसलिए समुद्री वातावरण में उपयोगकर्ता बहुत कम जिंक सामग्री वाले प्राइमर की मांग कर रहे हैं।
यहीं पर ग्रेफीन, ग्रेफाइट का मोनोलेयर रूप, काम आता है। इस पदार्थ का पहली बार 2004 में पता चला था, और इसकी असाधारण यांत्रिक शक्ति, इसके उत्कृष्ट विद्युत और तापीय चालक गुणों के साथ, इसे कई अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक बनाती है। ग्रेफीन परमाणुओं या अणुओं को भी अवशोषित कर सकता है और इसके कार्बन परमाणुओं से विभिन्न रासायनिक समूहों को जोड़कर इसे क्रियाशील बनाया जा सकता है।
पिछले 15 वर्षों में, वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने औद्योगिक रूप से ग्राफीन के उत्पादन के लिए कई मार्ग स्थापित किए हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में अनुप्रयोगों के लिए, रासायनिक वाष्प निपटान (CVD), जो कार्बन-समृद्ध वातावरण से शुरू होता है और सब्सट्रेट पर कार्बन परमाणुओं की एक परत जमा करता है, आमतौर पर उच्च विद्युत चालकता वाली ग्राफीन शीट बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। एक अन्य सामान्य मार्ग एक संशोधित हम्मर्स विधि का उपयोग करना है, जिसमें ग्रेफाइट को पहले ऑक्सीकृत किया जाता है, और फिर, निष्क्रिय वातावरण में किए गए अपचयन चरणों के माध्यम से, विभिन्न प्रकार के ग्राफीन का उत्पादन किया जाता है। अन्य विधियों में एक मालिकाना इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया का उपयोग करके ग्राफीन की परतों को छीलना या छीलना शामिल है।
CVD के अपवाद के साथ, ये विधियाँ कुछ-परत वाले ग्रेफीन उत्पाद बनाती हैं, जो या तो पाउडर के रूप में उपलब्ध होते हैं या सॉल्वैंट्स, पानी और पॉलिमर सिस्टम में फैले होते हैं। कुछ-परत वाले ग्रेफीन उत्पाद के प्राथमिक कणों का पार्श्व आकार 1 µm से लेकर 50 µm से अधिक हो सकता है, जिसकी मोटाई परतों की संख्या के आधार पर कुछ नैनोमीटर तक हो सकती है। हालाँकि ये उत्पाद शुद्ध ग्रेफीन नहीं हैं, लेकिन उनकी विद्युत और तापीय चालकता और उनके यांत्रिक गुण शुद्ध सामग्री के समान ही हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि वे संक्षारण-संरक्षण उद्देश्यों के लिए काफी करीब हैं।
जंग शब्द का सबसे आम उपयोग, धातु (आमतौर पर स्टील) का ऑक्सीजन, सल्फेट या क्लोराइड जैसे ऑक्सीडेंट के साथ इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण है, जो रासायनिक रूप से स्थिर धातु लवण बनाता है - यानी जंग। एक सुचालक पदार्थ होने के कारण, ग्रेफीन इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया (दूसरे पूरक एंटी-जंग वर्णक के साथ) को अनुकूल तरीके से प्रभावित करने में सक्षम है, जिसका अर्थ है कम जंग। ग्रेफीन के अवरोधक गुण इस प्रभाव का समर्थन करते हैं। इसके अतिरिक्त, ग्रेफीन सब्सट्रेट पर कोटिंग सिस्टम में बाइंडर के आसंजन को मजबूत कर सकता है। यह (नमकीन) पानी को रोकने में मदद करता है, जो सब्सट्रेट पर हमला करता है, सब्सट्रेट से सुरक्षात्मक कोटिंग को अलग करने से।