Графеновое покрытие автомобиля

 

Гра­фе­но­вое покры­тие — это доволь­но новая раз­ра­бот­ка на рын­ке инду­стрии детей­лин­га. В соста­ве защит­но­го соста­ва вме­сто таких ингре­ди­ен­тов, как SiO2 или дру­гих поли­ме­ров, основ­ным ком­по­нен­том явля­ет­ся гра­фен. Гра­фен — это раз­но­вид­ность угле­ро­да, кото­рый, как извест­но, при пра­виль­ных обсто­я­тель­ствах ста­но­вит­ся очень проч­ным и долговечным.

Что такое графен?

Гра­фен – это алло­троп (струк­тур­ная моди­фи­ка­ция) угле­ро­да, состо­я­щий из одно­го слоя ато­мов, рас­по­ло­жен­ных в сото­вой плос­кост­ной нано­струк­ту­ре. Назва­ние «гра­фен» про­ис­хо­дит от сло­ва «гра­фит» и суф­фик­са ‑ен, ука­зы­ва­ю­ще­го на нали­чие двой­ных свя­зей в струк­ту­ре углерода.

Мик­ро­ско­пи­че­ская поверх­ность гра­фе­на име­ет неве­ро­ят­но высо­кую пло­щадь поверх­но­сти и обра­зо­ва­на из мно­же­ства шести­уголь­ных колец, кото­рые соеди­не­ны друг с дру­гом. Извест­но, что общая струк­ту­ра очень проч­ная и дол­го­веч­ная. При пра­виль­ных обсто­я­тель­ствах она может сохра­нять гиб­кость и при этом про­ти­во­сто­ять боль­шим силам. Бла­го­да­ря очень плот­но­му рас­по­ло­же­нию ато­мов угле­ро­да он очень устой­чив и может исполь­зо­вать­ся в самых раз­ных фор­мах. Одно из попу­ляр­ных при­ме­не­ний — при­да­ние проч­но­сти мате­ри­а­лам, на кото­рые оно нано­сит­ся. При­ме­ром это­го может слу­жить угле­род­ное волокно.

Гра­фе­но­вое покры­тие как нано­слой доста­точ­но мало, что­бы быть неви­ди­мым, и доста­точ­но уни­вер­саль­но, что­бы быть нане­сён­ным прак­ти­че­ски на любой материал/поверхность. Бла­го­да­ря пред­ска­зу­е­мо­му фор­ми­ро­ва­нию поверх­но­сти его мож­но доволь­но лег­ко отре­мон­ти­ро­вать. Свой­ство само­вос­ста­нов­ле­ния дости­га­ет­ся в основ­ном бла­го­да­ря воз­дей­ствию угле­род­со­дер­жа­щих моле­кул, таких как угле­во­до­ро­ды (мно­гие вос­ки, напри­мер, пар­ра­фи­но­вый воск, явля­ют­ся угле­во­до­ро­да­ми). Бла­го­да­ря это­му за покры­ти­ем очень лег­ко уха­жи­вать. Тео­ре­ти­че­ски износ может быть лег­ко устра­нён путём нане­се­ния про­дук­та с высо­ким содер­жа­ни­ем угле­во­до­ро­дов, что поз­во­ля­ет нано­струк­ту­ре вос­ста­нав­ли­вать­ся и исправ­лять себя.

Это свой­ство ещё не было доста­точ­но тща­тель­но про­те­сти­ро­ва­но в мире детей­лин­га, что­бы мож­но было с уве­рен­но­стью ска­зать, под­дер­жи­ва­ют ли его адап­та­ции в авто­мо­биль­ной про­мыш­лен­но­сти. По-преж­не­му суще­ству­ет риск, что в про­цес­се пре­вра­ще­ния в покры­тие оно теря­ет опре­де­лен­ные свойства.

Действительно ли заявления производителей графеновых покрытий достоверны?

Для тех, кто раз­би­ра­ет­ся в химии/физике, пони­ма­ет, что все про­дук­ты с гра­фе­но­вой мар­ки­ров­кой явля­ют­ся ско­рее защит­ны­ми соста­ва­ми в кото­рых есть гра­фен, как ком­по­нент. То есть, нане­сён­ный состав не будет чистым гра­фе­но­вым сло­ем, кото­ро­му при­пи­сы­ва­ют фан­та­сти­че­ские свой­ства, кото­рые дей­стви­тель­но есть у чисто­го гра­фе­на. Насто­я­щий гра­фен — это решёт­ка, сфор­ми­ро­ван­ная из одно­го слоя моле­кул, и его нане­се­ние — доволь­но слож­ный про­цесс. Иссле­до­ва­те­ли до сих пор пыта­ют­ся най­ти метод после­до­ва­тель­но­го нане­се­ния пра­виль­но­го гра­фе­но­во­го слоя, кото­рый был бы ком­мер­че­ски жиз­не­спо­соб­ным. Не суще­ству­ет мето­дов рас­пы­ле­ния или руч­но­го нане­се­ния рас­тво­ра, содер­жа­ще­го гра­фен — если бы они суще­ство­ва­ли, то он уже был бы инте­гри­ро­ван в про­из­вод­ство мил­ли­ар­да вещей, поми­мо окра­шен­ных поверх­но­стей авто­мо­би­лей. Для тех про­дук­тов, кото­рые содер­жат «гра­фен», это гра­фе­но­вая пыль (часто она осе­да­ет, поэто­му луч­ше все­го пере­ме­ши­вать рас­твор, что ука­за­но в инструк­ции), кото­рая может обес­пе­чить раз­но­вид­ность защит­но­го покры­тия, но не насто­я­щий гра­фе­но­вый слой. Для тех, кто добил­ся успе­ха с про­дук­та­ми, поме­чен­ны­ми как «гра­фе­но­вые» и пишут хоро­шие отзы­вы, это кор­рект­нее было бы отне­сти на счёт осталь­ной части про­дук­та, содер­жа­щей ком­по­нен­ты хоро­ше­го каче­ства, кото­рые, веро­ят­но, обес­пе­чи­ли бы хоро­шую защи­ту даже без «гра­фе­на».

Что в ито­ге? Нынеш­ние тех­но­ло­гии не поз­во­ля­ют вклю­чить в покры­тие сколь­ко-нибудь зна­чи­тель­ный уро­вень гра­фе­на. Любые реаль­ные или пред­по­ла­га­е­мые пре­иму­ще­ства гра­фе­но­во­го покры­тия име­ют очень малое отно­ше­ние (если вооб­ще име­ют) к како­му-либо сле­до­во­му коли­че­ству гра­фе­на в нём.

Функ­ци­о­наль­ная осно­ва любо­го гра­фе­но­во­го покры­тия в основ­ном такая же, как и у кера­ми­ки: силоксан/полисилоксан/полидиметилсилоксан (PDMS) или полисилазаны.

Так что если мы испе­чем «торт с гра­фе­но­вым покры­ти­ем», то само тесто для тор­та будет таким же, как если бы мы испек­ли «торт с кера­ми­че­ским покры­ти­ем», а гра­фен в тор­те не настоль­ко зна­чи­те­лен, что­бы даже счи­тать­ся гла­зу­рью на тор­те, а ско­рее про­сто горст­кой «посып­ки» поверх гла­зу­ри на вер­шине тор­та. Воз­мож­но, раз­ная кон­цен­тра­ция гра­фе­на вли­я­ет на свой­ства соста­ва и нане­сён­но­го покры­тия, но так как это не будет пол­но­цен­ным гра­фе­но­вым сло­ем, то гло­баль­но­го раз­ли­чия ско­рее все­го не будет.

Нанесение графенового покрытия

Про­дук­ты, кото­рые в насто­я­щее вре­мя пред­ла­га­ют­ся на рын­ке, нано­сят­ся так же, как и кера­ми­че­ские покры­тия, на осно­ве SiO2. Поверх­ность долж­на быть под­го­тов­ле­на, тща­тель­но очи­ще­на и отпо­ли­ро­ва­на. Любое загряз­не­ние на поверх­но­сти может при­ве­сти к тому, что покры­тие не при­кле­ит­ся к ней долж­ным обра­зом. Под­го­тов­ка поверх­но­сти явля­ет­ся клю­че­вым фак­то­ром для эффек­тив­но­сти само­го продукта.

Недостатки графеновых покрытий

Исполь­зо­ва­ние гра­фе­на в покры­ти­ях — доста­точ­но новая тема, тре­бу­ю­щая даль­ней­ше­го раз­ви­тия, тести­ро­ва­ния и реаль­но­го опы­та. Одна­ко бла­го­да­ря свой­ствам, кото­ры­ми обла­да­ет гра­фен, мож­но пред­ска­зать неко­то­рые отри­ца­тель­ные сто­ро­ны исполь­зо­ва­ния это­го ново­го мате­ри­а­ла. К ним отно­сят­ся высо­кая сто­и­мость, зна­чи­тель­ная раз­ни­ца в про­из­во­ди­тель­но­сти из-за раз­лич­ных кон­цен­тра­ций мате­ри­а­ла, неиз­вест­ные эффек­ты от загряз­не­ния поверх­но­сти при нане­се­нии и вза­и­мо­связь меж­ду проч­но­стью и твёр­до­стью. Из-за новых раз­ра­бо­ток гра­фе­но­вые покры­тия зача­стую сто­ят доро­же обыч­ных. Посколь­ку тема ста­но­вит­ся всё более попу­ляр­ной, воз­рас­та­ет риск появ­ле­ния на рын­ке под­дель­ных гра­фе­но­вых покрытий.

Неко­то­рые про­из­во­ди­те­ли могут выбрать рецепт с мень­шей кон­цен­тра­ци­ей гра­фе­на, что может при­ве­сти к ухуд­ше­нию харак­те­ри­стик про­дук­та по срав­не­нию с дру­ги­ми, име­ю­щи­ми более высо­кую кон­цен­тра­цию. Что каса­ет­ся кера­ми­че­ских покры­тий, в соста­ве кото­рых SiO2, то попу­ляр­но заблуж­де­ние, что самые твёр­дые покры­тия — самые проч­ные. Это не так, посколь­ку твёр­дость часто при­во­дит к мень­шей гиб­ко­сти и, сле­до­ва­тель­но, к мик­ро­ско­пи­че­ским ско­лам и раз­ру­ше­нию нано­по­верх­но­сти. Гра­фен обла­да­ет спо­соб­но­стью быть чрез­вы­чай­но проч­ным и в то же вре­мя гиб­ким, что может при­ве­сти к сни­же­нию уров­ня твёр­до­сти, хотя этот мате­ри­ал гораз­до проч­нее обыч­ных (негра­фе­но­вых) покры­тий. Посколь­ку шка­ла твер­до­сти H часто исполь­зу­ет­ся в мар­ке­тин­ге для про­да­жи това­ра, сни­же­ние твёр­до­сти может при­ве­сти к тому, что гра­фе­но­вое покры­тие поте­ря­ет популярность.

Основные различия между графеновым и керамическим покрытием (SiO2)

Из-за корот­ко­го пери­о­да, в тече­ние кото­ро­го гра­фе­но­вое покры­тие было пред­ло­же­но, труд­но ска­зать, в чём раз­ни­ца меж­ду обо­и­ми покры­ти­я­ми, в основ­ном пото­му что пока не ясно, как покры­тие рабо­та­ет при добав­ле­нии опре­де­лён­ных ингре­ди­ен­тов в раз­ных коли­че­ствах. Как было напи­са­но выше, функ­ци­о­наль­ная осно­ва любо­го гра­фе­но­во­го покры­тия в основ­ном такая же, как и у кера­ми­ки: силоксан/поли­си­лок­сан/полидиметилсилоксан (PDMS) или поли­си­ла­за­ны, поэто­му мож­но пред­по­ло­жить, что свой­ства кера­ми­че­ских и гра­фе­но­вых покры­тий очень похожи.