Of je het nu bruisend noemt, bruisend, of sprankelend, koolzuurhoudend water maakt een comeback als drank. Afgezien van het lessen van de dorst, onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een nieuwe toepassing ontdekt voor deze "bubbelende" brouwsels die een grote impact zullen hebben op de fabrikant van 's werelds dunste, platste, en een van de meest bruikbare materialen:grafeen.

Naarmate de populariteit van grafeen groeit als een geavanceerd "wonder"-materiaal, de snelheid en kwaliteit waarmee het kan worden vervaardigd staan ​​daarbij voorop. Met dat in gedachten, de onderzoeksgroep van SungWoo Nam, assistent-professor mechanische wetenschappen en techniek in Illinois, heeft een schonere en milieuvriendelijkere methode ontwikkeld om grafeen te isoleren met koolstofdioxide (CO2) in de vorm van koolzuur als elektrolytoplossing. De bevindingen zijn gepubliceerd in de meest recente Journal of Materials Chemistry C .

naam, een expert op het gebied van 2D materialen, is vooral geïnteresseerd in grafeen voor gebruik in sensoren of flexibele apparaten, bijvoorbeeld een draagbare patch die, wanneer direct op de huid geplaatst, is zo dun en transparant, het is niet te merken. Nam heeft momenteel projecten met de industrie voor het maken van draagbare grafeensensoren.

Grafeen wordt gesynthetiseerd door chemische dampafzetting op een metalen substraat te gebruiken, meestal koperfolie. Een bijzonder lastig aspect van het produceren van grafeen is hoe dit atomair dunne materiaal van zijn oorspronkelijke metalen substraat kan worden gescheiden voor integratie in bruikbare apparaten. Dit omvat meestal het oplossen van het zeer zuivere metaal of het delamineren van het substraat - waarvoor het gebruik van agressieve chemicaliën vereist is die hardnekkige resten achterlaten. Het ultradunne grafeen moet ook worden gecoat met een polymere steunlaag zoals polycarbonaat of PMMA (polymethylmethacrylaat), waarvoor het gebruik van vaak giftige en kankerverwekkende oplosmiddelen vereist is.

"In ons geval, we gebruiken een van biomassa afgeleid polymeer, ethylcellulose, voor de bekleding, " zei Michael Cai Wang, Nam's promovendus en hoofdonderzoeker van het project. "Een veelgebruikt en goedkoop polymeer dat vaak wordt gebruikt als voedseladditief, ethylcellulose wordt gesolvateerd in alleen ethanol. Dit maakt ons grafeenoverdrachtsproces niet alleen milieuvriendelijker, het is nu ook compatibel met een verscheidenheid aan polymere en zachte biologische materialen zoals gewone kunststoffen en hydrogels die anders geen agressieve oplosmiddelen zouden verdragen."

"Nadat je het grafeen hebt overgebracht, het koolzuur verdampt eenvoudigweg als kooldioxide en water, die niet verder hoeft te worden gespoeld, " merkte Nam op. "We besparen dus zowel water als tijd door de conventionele noodzaak voor het repetitieve en vervelende spoelproces te elimineren. Bij het gebruik van elektrolyten zoals NaOH of NaCl, bijvoorbeeld, het natrium heeft de neiging om op het grafeen te blijven, dat is heel moeilijk om helemaal kwijt te raken."

"Door het grafeen van de koperfolie te delamineren met koolzuur, we zijn ook in staat om het groeisubstraat meerdere keren te hergebruiken in plaats van het te verbruiken, aanzienlijke materiaal- en kostenbesparingen realiseren", aldus Wang.

"Ik denk dat we wetenschappelijk gezien de gemeenschap willen brengen om mensen echt te motiveren om na te denken over een schonere manier om grafeen te maken, " Zei Nam. "We proberen de gevestigde protocollen te verbeteren, zodat de industrie onze technieken gemakkelijk kan overnemen. Omdat veel apparaten besmet zijn met deze eerder gebruikte chemicaliën, het heeft onvermijdelijk invloed op de eigenschap van grafeen."

"Grafeen begint net te rijpen van het laboratorium naar commerciële toepassingen, Wang zei. "Als je eenmaal begint met grootschalige productie, gezondheid van de werknemers is ook een belangrijke overweging, nog een voordeel van ons groenere proces."

Naast het maken van ons favoriete kopje decaf of een glas champagne, de groep hoopt ook dat de wetenschappelijke gemeenschap dit als inspiratie kan gebruiken om nieuwe manieren te vinden om anders hinderlijke CO2 te gebruiken voor praktische toepassingen. Ze stellen zich een verlenging van de nuttige levenscyclus van koolstof in het industriële ecosysteem voor, terwijl de emissie ervan in de atmosfeer wordt omgeleid en verminderd. Terwijl oceaanverzuring een ongewenst gevolg is van de steeds toenemende kooldioxideconcentratie in de atmosfeer van de aarde, het onderzoeksteam nam dit als inspiratie om ditzelfde mechanisme te gebruiken om dit nieuwe 'wonder'-materiaal duurzaam te vervaardigen.

Nam gelooft ook dat deze methode niet alleen een impact kan hebben op de productie van grafeen, maar bieden ook een groene en betaalbare techniek om te gebruiken voor het etsen en delamineren van andere materialen.

"Als je geïnteresseerd bent in het maken van de beste transistor ter wereld, je moet de schoonste hebben, puurste materiaal dat je kunt synthetiseren en overbrengen, " concludeerde hij. "Hier bieden we die mogelijkheid aan de gemeenschap. In aanvulling, veel mensen proberen ook de intrinsieke eigenschappen van andere materialen te meten. Onze aanpak zal hen daarbij helpen."