Forskerhold udvikler omkostningseffektiv teknik til masseproduktion af grafen af ​​høj kvalitet

Et forskerhold ledet af National University of Singapore (NUS) har udviklet en økonomisk og industrielt levedygtig strategi til fremstilling af grafen. Den nye teknik adresserer den langvarige udfordring med en effektiv proces til storskalaproduktion af grafen, og baner vejen for bæredygtig syntese af materialet.

Grafen er et todimensionelt materiale med en bikagestruktur på kun et atom tykt. Kaldt som fremtidens materiale, grafen udviser unikke elektroniske egenskaber, der potentielt kan bruges til en lang række applikationer såsom berøringsskærme, ledende blæk og hurtigopladede batterier. Vanskeligheden ved at producere grafen af ​​høj kvalitet til en overkommelig pris i stor skala, imidlertid, udgør fortsat en hindring for dens udbredte adoption af industrier.

Den konventionelle metode til fremstilling af grafen bruger lydenergi eller forskydningskræfter til at eksfoliere grafenlag fra grafit, og derefter dispergere lagene i store mængder organisk opløsningsmiddel. Da utilstrækkeligt opløsningsmiddel får grafenlagene til at hæfte sig tilbage i grafit, at give et kilo grafen kræver i øjeblikket mindst et ton organisk opløsningsmiddel, gør metoden dyr og miljømæssig uvenlig.

Fremstilling af grafen med 50 gange mindre opløsningsmiddel

Det NUS-ledede udviklingsforskerhold, på den anden side, bruger op til 50 gange mindre opløsningsmiddel. Dette opnås ved at eksfoliere forbehandlet grafit under en meget alkalisk tilstand for at udløse flokkulering, en proces, hvor grafenlagene kontinuerligt klynges sammen for at danne grafenopslæmning uden at skulle øge mængden af ​​opløsningsmiddel. Metoden introducerer også elektrostatiske frastødende kræfter mellem grafenlagene og forhindrer dem i at sætte sig igen.

Den resulterende grafenopslæmning kan let adskilles i monolag, når det er nødvendigt, eller opbevares væk i flere måneder. Gyllen kan også bruges direkte til at 3-D-printe ledende grafen aerogeler, et ultralet svampelignende materiale, der kan bruges til at fjerne oliespild i havet.

Professor Loh Kian Ping fra Institut for Kemi på NUS Det Naturvidenskabelige Fakultet, som også er leder af 2-D Materialeforskning ved NUS Center for Avancerede 2-D Materialer, ledede forskningen. Han sagde, "Vi har med succes demonstreret en unik eksfolieringsstrategi til fremstilling af grafen af ​​høj kvalitet og dets kompositter. Vores teknik, som giver et højt udbytte af krystallinsk grafen i form af en koncentreret opslæmning med et væsentligt mindre volumen opløsningsmiddel, er en attraktiv løsning for industrier til at udføre storskalasyntese af dette lovende materiale på en omkostningseffektiv og bæredygtig måde."