Een KAIST-team heeft technologie ontwikkeld die de massaproductie van tweedimensionale (2-D) nanomateriaaldispersie mogelijk maakt door gebruik te maken van de karakteristieke schuifkracht van hydraulisch vermogen.

De 2-D nanosheet-dispersie kan direct worden toegepast op oplossingsgebaseerde processen om apparaten voor elektronica te vervaardigen, evenals voor energieopslag en -conversie. Verwacht wordt dat het in deze apparaten zal worden gebruikt met verbeterde prestaties.

Er zijn talloze onderzoeken gedaan naar de massaproductie van verschillende 2D-nanomaterialen omdat ze uitstekende fysische en chemische eigenschappen vertonen als ze echt 2D zijn.

Met sterke mechanische kracht of chemische reactie alleen, elke bestaande exfoliatiemethode heeft zijn beperking om 2D-materiaal te maken wanneer de productieschaal toeneemt. Ze worden ook geconfronteerd met de problemen van hoge kosten en lange verwerkingstijd.

Bovendien, 2-D nanosheets door de afschilfering hebben de neiging tot agglomeratie vanwege de oppervlakte-energie. Gebruikelijk, organisch oplosmiddel of oppervlakteactieve stof is vereist om een ​​hoge opbrengst en concentratie van 2-D materiaal te verkrijgen door agglomeratie te minimaliseren.

Na een aantal jaren van onderzoek, Professor Do Hyun Kim van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering en zijn team hebben geverifieerd dat geoptimaliseerde afschuiving in hun reactor de hoogste efficiëntie opleverde voor de afschilfering van nanomateriaal. Voor de verhoogde reactorcapaciteit, ze selecteerden een stroom en een dispergeermiddel om een ​​hoge snelheid te ontwikkelen, massaproductieproces om 2-D nanosheets te krijgen door fysieke exfoliatie met een waterige oplossing.

Het team stelde een stroomreactor voor op basis van Taylor-Couette-stroom, die het voordeel heeft van een hoge afschuifsnelheid en mengefficiëntie, zelfs bij een grote reactorcapaciteit.

In dit onderzoek, Professor Young-Kyu Han aan de Dongguk University-Seoul voerde de Ab initio-berekening uit om het dispergeermiddel te selecteren. Volgens zijn berekening een ionische vloeistof kan zelfs in een kleine concentratie 2-D nanomateriaal stabiliseren en verspreiden. Deze berekening zou de exfoliërende efficiëntie kunnen maximaliseren.

Professor Bong Gill Choi van de Kangwon National University voerde de evaluatie uit van het apparaat gemaakt van de resulterende dispersie. Het team gebruikte een membraanfiltratieproces om een ​​flexibele en sterk geleidende film van 2D-materiaal te maken. De film werd vervolgens aangebracht om een ​​elektrode te produceren voor de supercondensatorinrichting met een zeer hoge capaciteit per volume. Ze bevestigden ook de stabiliteit ervan in hun supercondensatorapparaat.

Aanvullend, ze pasten dispersieve nanomaterialen toe, waaronder grafeen, molybdeendisulfide (MoS₂), en boornitride (BN) tot inkjetprinterinkt en realiseerde micrometerdikke nanomateriaalpatronen op A4-papier. De grafeeninkt vertoonde geen verlies van elektrische eigenschappen na het printen zonder extra warmtebehandeling.

Professor Kim zei:"Deze nieuwe technologie voor de snelle massaproductie van nanomaterialen kan eenvoudig worden toegepast op verschillende 2D-nanomaterialen. Het zal de productie van zeer efficiënte apparaten voor opto-elektronica versnellen, biosensoren, en energieopslag/conversie-eenheden met lage kosten."