Væskemetode:ren grafenproduktion

I en udvikling, der kan føre til nye kulstofkompositter og berøringsskærme, forskere fra Rice University og Technion-Israel Institute of Technology afslørede i dag en ny metode til fremstilling af bulkmængder af et-atom-tykke plader af kulstof kaldet grafen.

Forskningen er tilgængelig online i tidsskriftet Naturnanoteknologi .

Når de er stablet sammen, grafenplader laver grafit, som har været almindeligt brugt som blyant i flere hundrede år. Det var først i 2004, at enkeltstående ark af grafen først blev karakteriseret med moderne nanoteknologiske instrumenter. Siden da, grafen er blevet undersøgt intensivt af materialeforskere, dels fordi den er både ultrastærk og meget ledende.

"Der er high-throughput metoder til fremstilling af grafenoxid, som ikke er så ledende som grafen, og der er metoder med lav gennemstrømning til fremstilling af ren grafen, " sagde hovedmedforfatter Matteo Pasquali, professor i kemisk og biomolekylær teknik og kemi ved Rice. "Vores metode giver meget rent materiale, og det er baseret på bulk-væskebehandlingsteknikker, der længe har været brugt af den kemiske industri."

Pasquali sagde, at forskergruppen fandt, at den kunne opløse grafit i chlorsulfonsyre, et almindeligt industrielt opløsningsmiddel. Forskerne var nødt til at udtænke nye metoder til at måle aggregeringen af ​​de opløste grafenflager, men til sidst blev holdet positivt overrasket over at opdage, at de individuelle grafenlag i grafitten skrællede fra hinanden spontant. Holdet var i stand til at opløse op til to gram grafen pr. Liter syre for at producere opløsninger mindst 10 gange mere koncentrerede end eksisterende metoder.

Forskerne udnyttede nye kryogene teknikker til elektronmikroskopi, der gjorde det muligt for dem direkte at afbilde grafenarkene i chlorsulfonsyren.

"Vi anvendte nye metoder, som vi havde udviklet til direkte at afbilde kulstofnanorør i syre, " sagde medforfatter Yeshayahu "Ishi" Talmon, professor i kemiteknik ved Technion-Israel Institute of Technology. "Dette var ikke en lille bedrift i betragtning af syrens beskaffenhed og vanskeligheden ved prøveforberedelse og billeddannelse."

Ved at bruge de koncentrerede opløsninger af opløst grafen, forskerne lavede gennemsigtige film, der var elektrisk ledende. Sådanne film kan være nyttige til at lave berøringsskærme, der er billigere end dem, der bruges i nutidens smartphones. Ud over, forskerne producerede også flydende krystaller.

"Hvis du kan lave flydende krystaller, du kan spinde fibre, "sagde studieforfatter James Tour, Rice's T.T. og W.F. Chao professor i kemi. "I flydende krystaller, de individuelle ark tilpasser sig til domæner, og at have en vis grad af justering giver dig mulighed for at flyde materialet gennem smalle åbninger for at skabe fibre."

Hvis metoden viser sig nyttig til fremstilling af grafenfibre i løs vægt, det kunne sænke prisen på de ultrastærke kulstofkompositter, der bruges i rumfart, bil- og byggeindustrien.