COP26: Graffin: Mae’r sgrifen ar y mur i ollyngiadau olew

Mae Rachel McLaren bron â chwblhau ei PhD mewn Cemeg, sy’n ymchwilio i ddulliau o addasu a defnyddio deunyddiau'n seiliedig ar graffin. Mae Graffin yn disgrifio un haenen o graffit, y deunydd sy'n bresennol o fewn pensiliau ac y cyfeirir ato'n anghywir yn aml fel 'plwm'. Gellir defnyddio deunyddiau sy'n seiliedig ar graffin mewn llawer o ffyrdd, gan gynnwys helpu i lanhau gollyngiadau olew.

Beth yw eich cefndir?

Rwy'n 26 oed ac yn wreiddiol o Worthing, Gorllewin Sussex. Gwnes i fy ngradd BSc mewn Cemeg ym Mhrifysgol Reading, cyn symud i Gaerdydd i wneud PhD ym Mhrifysgol De Cymru (PDC).

Mae fy mhrosiect PhD wedi'i ariannu gan Ysgoloriaethau Sgiliau'r Economi Wybodaeth (KESS2), sy'n gweithredu ar y cyd â phartner diwydiant - Perpetuus Carbon Technologies Ltd o dde Cymru, yn fy achos i - a Phrifysgol yng Nghymru. Cefnogir KESS2 gan Gronfa Gymdeithasol Ewrop drwy Lywodraeth Cymru.

Beth yw graffin?

Mae Graffin yn disgrifio un haenen o graffit, sy'n cynnwys casgliad o atomau carbon ar ffurf crwybr, a chafodd ei ynysu gyntaf yn 2004 ym Mhrifysgol Manceinion. Mae'r atomau carbon hyn yn dal yn dynn iawn at ei gilydd, sy’n rhoi cryfder eithriadol i graffin, ac sy’n gyfrifol am ei nodweddion mecanyddol.  Fel arfer, mae graffit yn cynnwys miloedd o haenau o graffin; fodd bynnag, gellir ynysu'r rhain i lai o staciau haenog a haenau sengl o graffin drwy dynnu'r haenau gyda thâp Scotch yn unig.

Mae staciau haenog a haenau sengl o graffin yn meddu ar nifer o nodweddion diddorol. Fe'u defnyddir yn aml i gynyddu cryfder deunyddiau fel racedi tenis a fframiau beiciau. Yn ogystal, mae ganddynt hefyd nodweddion thermol ac electronig diddorol ac maen nhw’n dangos addewid ar gyfer ffyrdd o storio nwy.

Yn anffodus, fodd bynnag, nid yw’r deunydd rhyfeddol yn aeddfed o ran ei hyfywedd masnachol eto, a bydd cryn amser cyn i ni weld deunyddiau sy'n seiliedig ar graffin yn ein cynnyrch bob dydd. Mae hyn o ganlyniad i broblemau gyda'i synthesis, ei strwythur electronig a'i ddiffygion o ran gallu gwasgaru mewn hylifau.  Fodd bynnag, nid yw'r cynnydd araf hwn yn anghyffredin gyda  deunyddiau newydd. Mae'r amser y mae'n ei gymryd i ddeunydd sydd newydd ei ddarganfod gyrraedd y farchnad yn llawn fel arfer rhwng 20 a 30 mlynedd, fel y mae technolegau eraill fel Kevlar wedi ei ddangos.

 Beth yw’r heriau?

Mae nifer o heriau gyda graffin a'i ffurf staciog.  Yn gyntaf, maen nhw’n anodd eu syntheseiddio’n bur iawn ar raddfa fawr.  Roedd y broses synthesis wreiddiol yn cynnwys tynnu haenau o graffit, ar raddfa fach iawn roedd hyn yn ffurfio graffin fodd bynnag.  Yn ail, mae'r deunyddiau hyn yn aml yn anodd eu prosesu. Mae'r strwythur carbon yn anadweithiol iawn, felly gall fod yn anodd rhwymo cydrannau eraill yn gemegol iddo.  Yn drydydd, mae graffin a'i ffurfiau staciog yn eu hanfod yn anodd ffurfio gwasgariadau gyda nhw. O'r herwydd, mae llawer o’r posibiliadau sydd angen defnyddio’r deunyddiau mewn cyfryngau hylifol yn cael eu llesteirio.

Yng ngoleuni'r heriau hyn, mae'n hanfodol archwilio llwybrau newydd i syntheseiddio ac addasu deunyddiau sy'n seiliedig ar graffin i gynyddu eu lle yn y farchnad.

Sut mae'n helpu gyda glanhau ar ôl gollyngiadau olew?

Mae fy ngwaith yn cynnwys gwneud addasiadau synthetig ar y deunyddiau sy'n seiliedig ar graffin i fanipiwleiddio ei nodweddion a’i wneud yn fwy hyfyw ei ddefnyddio.

Mae gollyngiadau olew yn broblem ledled y byd, a gall achosion lle mae llawer o olew yn cael ei ollwng i gefnforoedd effeithio’n ddifrifol ar yr amgylchedd a bywyd dyfrol. Gellir defnyddio technolegau sydd eisoes yn bodoli, megis bwmau a gwasgarwyr, i dynnu’r olew neu ei gynnwys.  Ond mae anfanteision i’r rhain.

Mae addasu deunyddiau sy'n seiliedig ar graffin yn synthetig gyda polymerau yn caniatáu cyflwyno nodweddion unigryw. Gelwir ychwanegu polymerau at ddeunyddiau sy'n seiliedig ar graffin  yn broses "ffwythiannu".

Drwy ddefnyddio polymerau penodol, gellir cyflwyno ymddygiad sy'n denu dŵr ac yn gwrthyrru olew i'r deunydd sy'n seiliedig ar graffin, i’w defnyddio wrth glanhau gollyngiadau olew. Yna gellir defnyddio'r deunyddiau hyn fel pilenni i wahanu olew/dŵr.

Yng nghyd-destun gollyngiadau olew, gellir defnyddio'r pilenni hyn fel "rhwydi" i godi olew oddi ar wyneb y dŵr. Gall y dŵr redeg drwy'r bilen, a chaiff yr olew ei wrthyrru a’i gadw ar wyneb y bilen.  Yna gellir arllwys yr olew oddi ar yr wyneb yn hawdd.