Door een beetje droogijs en een eenvoudig industrieel proces te mengen, worden op goedkope wijze hoogwaardige grafeen-nanobladen geproduceerd, onderzoekers in Zuid-Korea en Case Western Reserve University rapporteren.

grafeen, dat is gemaakt van grafiet, hetzelfde spul als "lood" in potloden, is geprezen als het belangrijkste synthetische materiaal in een eeuw. Platen geleiden elektriciteit beter dan koper, warmte beter dan welk materiaal dan ook bekend, zijn harder dan diamanten en rekken toch uit.

Wetenschappers over de hele wereld speculeren dat grafeen een revolutie teweeg zal brengen in computergebruik, elektronica en medicijnen, maar het onvermogen om vellen in massa te produceren, heeft wijdverbreid gebruik geblokkeerd.

Een beschrijving van het nieuwe onderzoek wordt in de week van 26 maart gepubliceerd in de online Early Edition van de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Jong Beom Baek, hoogleraar en directeur van de Interdisciplinaire School of Green Energy/Advanced Materials &Devices, Ulsan Nationaal Instituut voor Wetenschap en Technologie, Ulsan, Zuid-Korea, leidde de inspanning.

"We hebben een goedkope, gemakkelijkere manier om betere grafeenplaten in massa te produceren dan de huidige, veelgebruikte methode van zuuroxidatie, die de moeizame toepassing van giftige chemicaliën vereist, " zei Liming Dai, hoogleraar macromoleculaire wetenschap en techniek bij Case Western Reserve en een co-auteur van het artikel.

Hier is hoe:

Onderzoekers plaatsten grafiet en bevroren koolstofdioxide in een kogelmolen, dat is een bus gevuld met roestvrijstalen ballen. De bus werd twee dagen gedraaid en de mechanische kracht produceerde grafietvlokken met randen die in wezen openstonden voor chemische interactie door carbonzuur dat tijdens het malen werd gevormd.

De gecarboxyleerde randen maken het grafiet oplosbaar in een klasse van oplosmiddelen die protische oplosmiddelen worden genoemd, waaronder water en methanol, en een andere klasse genaamd polaire aprotische oplosmiddelen, waaronder dimethylsulfoxide.

Eenmaal gedispergeerd in een oplosmiddel, de vlokken scheiden zich in grafeen-naonvellen van vijf of minder lagen.

Om te testen of het materiaal zou werken in directe vorming van gegoten objecten voor elektronische toepassingen, monsters werden samengeperst tot pellets. In een vergelijking, deze pellets waren 688 keer beter in het geleiden van elektriciteit dan pellets die werden verkregen door de zure oxidatie van grafiet.

Nadat de korrels twee uur op 900 graden Celsius zijn verwarmd, de randen van de van een kogelmolen afgeleide platen werden gedecarboxyleerd, dat is, de randen van de nanosheets werden verbonden met een sterke waterstofbinding met aangrenzende platen, samenhangend blijven. De samengeperste zuur-oxidatiepellet verbrijzelde tijdens het verwarmen.

Om nanosheet-films van grafeen met een groot oppervlak te vormen, een oplossing van oplosmiddel en de randgecarboxyleerde grafeen nanosheets werd gegoten op siliciumwafels 3,5 centimeter bij 5 centimeter, en verwarmd tot 900 graden Celsius. Opnieuw, de hitte decarboxyleerde de randen, die vervolgens verbonden met randen van aangrenzende stukken. De onderzoekers zeggen dat dit proces alleen wordt beperkt door de grootte van de wafer. De elektrische geleidbaarheid van de resulterende films met een groot oppervlak, zelfs bij een hoge optische transmissie, was nog steeds veel hoger dan die van hun tegenhangers van de zuuroxidatie.

Door ammoniak of zwaveltrioxide te gebruiken als vervanging voor droogijs en door verschillende oplosmiddelen te gebruiken, "u kunt de randen aanpassen voor verschillende toepassingen, " zei Baek. "Je kunt aanpassen voor elektronica, supercondensatoren, metaalvrije katalysatoren ter vervanging van platina in brandstofcellen. Je kunt de randen aanpassen om ze samen te voegen in tweedimensionale en driedimensionale structuren."