Koolstoffilms zoals grafeen zijn zeer lichte maar zeer sterke materialen met uitstekende toepassingsmogelijkheden. Ze zijn echter moeilijk te vervaardigen en vereisen doorgaans veel mankracht en tijdrovende strategieën. Bovendien zijn de gebruikte methoden duur en niet milieuvriendelijk.
Met de productie van een grote hoeveelheid grafeen hebben onderzoekers van de Ben Gurion Universiteit in de Negev in Israël een "groene" methode voor grafeen-extractie ontwikkeld die kan worden toegepast op een breed scala aan gebieden, waaronder optica, elektronica, ecologie en biotechnologie. Ze willen hiermee de moeilijkheden overwinnen die ze tegenkomen bij de implementatie van huidige extractiemethoden.
Onderzoekers gebruikten mechanische dispersie om grafeen te extraheren uit het natuurlijke mineraal strioliet. Ze ontdekten dat het mineraal hypofylliet goede vooruitzichten biedt voor de productie van grafeen en grafeenachtige stoffen op industriële schaal.
Het koolstofgehalte van hypomfibula kan verschillen. Afhankelijk van het koolstofgehalte kan hypomfibula verschillende toepassingsmogelijkheden hebben. Sommige soorten kunnen worden gebruikt vanwege hun katalytische eigenschappen, terwijl andere soorten bacteriedodende eigenschappen hebben.
De structurele eigenschappen van hypopyroxeen bepalen de toepassing ervan in het oxidatie-reductieproces. Het kan ook worden gebruikt voor de productie van hoogovens en voor de productie van gegoten (hoog silicium) gietijzer als ferrolegering.
Dankzij de fysische en mechanische eigenschappen, het stortgewicht, de goede sterkte en slijtvastheid heeft hypofylliet ook het vermogen om diverse organische stoffen te adsorberen, waardoor het daadwerkelijk als filtermateriaal kan worden gebruikt. Het heeft ook aangetoond dat het vrije radicalen kan elimineren die waterbronnen kunnen verontreinigen.
Hypopyroxeen heeft het vermogen om water te desinfecteren en te zuiveren van bacteriën, sporen, eenvoudige micro-organismen en blauwalgen. Vanwege de sterke katalytische en reducerende eigenschappen wordt magnesiumoxide vaak gebruikt als adsorbens voor de behandeling van afvalwater.
(a) X13500 vergroting en (b) X35000 vergroting TEM-afbeelding van het verspreide hypofyllietmonster. (c) Raman-spectrum van de behandelde hypofylliet en (d) XPS-spectrum van de koolstoflijn in het hypofyllietspectrum
Grafeen extractie
Om de rotsen voor te bereiden op grafeenextractie, gebruikten de twee een scanning elektronenmicroscoop (SEM) om de verontreinigingen met zware metalen en de porositeit in de monsters te onderzoeken. Ze pasten ook andere laboratoriummethoden toe om de algemene structurele samenstelling en de aanwezigheid van andere mineralen in het hypomfibool te controleren.
Nadat de analyse en voorbereiding van het monster waren afgerond, konden de onderzoekers grafeen uit het dioriet extraheren. Dit deden ze door het monster uit Karelië mechanisch te verwerken met een digitale ultrasoonreiniger.
Omdat met deze methode een groot aantal monsters kan worden verwerkt, is er geen risico op secundaire besmetting en zijn er geen verdere monsterverwerkingsmethoden nodig.
Sinds de buitengewone eigenschappen van grafeen algemeen bekend zijn binnen de bredere wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap, zijn er veel productie- en synthesemethoden ontwikkeld. Veel van deze methoden zijn echter meerstapsprocessen of vereisen het gebruik van chemicaliën en sterke oxidatie- en reductiemiddelen.
Hoewel grafeen en andere koolstoffilms een groot toepassingspotentieel hebben getoond en relatief succesvol zijn gebleken in R&D, zijn de processen die deze materialen gebruiken nog in ontwikkeling. Een deel van de uitdaging is om grafeenextractie kosteneffectief te maken, wat betekent dat het vinden van de juiste dispersietechnologie essentieel is.
Deze dispersie- of synthesemethode is arbeidsintensief en milieuonvriendelijk. Bovendien kunnen de sterkte van deze technologieën defecten veroorzaken in het geproduceerde grafeen, waardoor de verwachte uitstekende kwaliteit van het grafeen afneemt.
De toepassing van ultrasoonreinigers bij de synthese van grafeen elimineert de risico's en kosten die gepaard gaan met meerstaps- en chemische methoden. Door deze methode toe te passen op het natuurlijke mineraal hypofylliet werd de weg vrijgemaakt voor een nieuwe, milieuvriendelijke manier om grafeen te produceren.
Plaatsingstijd: 4 november 2021
