Sinds de isolatie van grafeen voor het eerst werd bereikt in 2004, er is een explosie geweest in onderzoek en ontwikkeling op het gebied van grafeen, met honderden zakelijke opportunisten die grafeen produceren om te profiteren van deze snelgroeiende industrie. Echter, een nieuwe studie door onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) heeft een groot probleem aan het licht gebracht:een gebrek aan productienormen heeft geleid tot veel gevallen van grafeen van slechte kwaliteit door leveranciers. Dergelijke praktijken kunnen de voortgang belemmeren van onderzoek dat fundamenteel afhankelijk is van het gebruik van hoogwaardig grafeen.

"Het is alarmerend om te ontdekken dat producenten zwart poeder bestempelen als grafeen en ze verkopen voor topdollars. terwijl in werkelijkheid ze bevatten meestal goedkoop grafiet. Er is een sterke behoefte om strenge normen op te stellen voor de karakterisering en productie van grafeen om wereldwijd een gezonde en betrouwbare grafeenmarkt te creëren, " zei professor Antonio Castro Neto, Directeur van het NUS Center for Advanced 2D Materials, die de studie leidde.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen op 13 september 2018.

Hoe herken je een grafeenvlok van een grafeennep?

Grafeen is getipt als het wondermateriaal van de toekomst vanwege zijn opmerkelijke eigenschappen. Ondanks dat het het dunste materiaal op aarde is, het is 200 keer sterker dan staal. Slechts één atoom dik, het is ook een ongelooflijke elektrische geleider, maar blijft licht, flexibel, en is transparant. Daarom, grafeen vindt potentiële toepassingen in alles, van transistors tot biomedische apparaten, en is zelfs voorgesteld als materiaal voor het bouwen van een lift naar de ruimte.

Grafeen wordt meestal geproduceerd door grafiet te exfoliëren, die te vinden zijn in gewone potloodstiften, tot een poeder, onderdompeling van dit poeder in een vloeistof, en vervolgens de kleinste grafeenvlokken scheiden door geluidsenergie te gebruiken om het mengsel te laten trillen. Het doel van deze synthese is om het dunst mogelijke grafeen te produceren. Zuiver grafeen zou slechts één atoomlaag dik zijn, de International Organization for Standardization (ISO) stelt echter dat stapels grafeenvlokken tot tien lagen dik zich nog steeds als grafeen kunnen gedragen.

Met dit in gedachten, Prof Castro Neto en zijn team wilden een systematische en betrouwbare methode ontwikkelen om de kwaliteit van grafeenmonsters van over de hele wereld vast te stellen. Ze hebben dit kunnen bereiken door gebruik te maken van een breed scala aan analytische technieken en geteste monsters van vele leveranciers.

Na het analyseren van monsters van meer dan 60 verschillende providers uit Amerika, Azië en Europa, het NUS-team ontdekte dat de meerderheid minder dan 10 procent bevatte van wat als grafeenvlokken kan worden beschouwd. Het grootste deel van de monsters was grafietpoeder dat niet goed was geëxfolieerd.

"Of producenten van het nagemaakte grafeen zich bewust zijn van de slechte kwaliteit is onduidelijk. Hoe dan ook, het gebrek aan normen voor de productie van grafeen leidt tot een slechte kwaliteit van het materiaal dat op de open markt wordt verkocht. Dit heeft de ontwikkeling van toekomstige toepassingen vertraagd, ", legde prof Castro Neto uit.

Grafietpoeder en grafeen hebben enorm verschillende eigenschappen, dus elk onderzoek dat wordt uitgevoerd onder het voorwendsel dat het monster puur grafeen was, zou onnauwkeurige resultaten opleveren. In aanvulling, slechts een van de monsters die in het onderzoek werden getest, bevatte meer dan 40 procent hoogwaardig grafeen. Bovendien, sommige monsters waren zelfs besmet met andere chemicaliën die in het productieproces werden gebruikt. Deze bevindingen betekenen dat onderzoekers waardevolle tijd en geld zouden kunnen verspillen aan het uitvoeren van experimenten met een product dat ten onrechte wordt geadverteerd.

"Dit is de eerste studie ooit die de wereldproductie van grafeenvlokken statistisch analyseert. Gezien de belangrijke uitdagingen op het gebied van gezondheid, klimaat, en duurzaamheid die grafeen mogelijk kan oplossen, het is cruciaal dat het onderzoek niet op deze manier wordt belemmerd, " legde prof Castro Neto uit.

De barrière voor grafeeninnovatie overwinnen

Met deze ontdekking, en de ontwikkeling van een betrouwbare testprocedure, grafeenmonsters kunnen nu aan een hogere standaard worden gehouden.

"We hopen dat onze resultaten het proces van standaardisatie van grafeen binnen ISO zullen versnellen, aangezien daar een enorme marktbehoefte aan is. Dit zal grafeenproducenten wereldwijd ertoe aanzetten hun methoden te verbeteren om een ​​betere, goed gekarakteriseerd product dat zou kunnen helpen bij het ontwikkelen van echte toepassingen, " zei prof Castro Neto.

In aanvulling, het testen van grafeen op een universele en gestandaardiseerde manier kan zorgen voor gemakkelijke kwantitatieve vergelijkingen tussen gegevens die zijn geproduceerd door verschillende laboratoria en gebruikers over de hele wereld.