Koolstoffilms zoals grafeen zijn zeer lichte maar zeer sterke materialen met een uitstekend toepassingspotentieel, maar ze kunnen lastig te produceren zijn. De productie vereist doorgaans veel mankracht en tijdrovende strategieën, en de methoden zijn duur en niet milieuvriendelijk.
Om de problemen bij de huidige extractiemethoden voor grafeen te overwinnen, hebben onderzoekers van de Ben Gurion Universiteit van de Negev in Israël, die nu een grote hoeveelheid grafeen produceren, een 'groene' extractiemethode ontwikkeld die toepasbaar is in een breed scala aan vakgebieden, waaronder optica, elektronica, ecologie en biotechnologie.
Onderzoekers gebruikten mechanische dispersie om grafeen te winnen 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 hypomphibolen kan variëren. Afhankelijk van het koolstofgehalte kunnen hypomphibolen verschillende toepassingsmogelijkheden hebben. Sommige soorten worden gebruikt vanwege hun katalytische eigenschappen, terwijl andere soorten bacteriedodende eigenschappen bezitten.
De structurele eigenschappen van hypopyroxen bepalen de toepassing ervan in het oxidatie-reductieproces. Het kan ook worden gebruikt voor de productie van hoogovens en ferro-legeringen van gietijzer (met een hoog siliciumgehalte).
Door zijn fysische en mechanische eigenschappen, hoge dichtheid, 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 bovendien aangetoond dat het vrije radicalen kan verwijderen die waterbronnen kunnen verontreinigen.
Hypopyroxen heeft het vermogen om water te desinfecteren en te zuiveren van bacteriën, sporen, eenvoudige micro-organismen en blauwgroene algen. Vanwege zijn sterke katalytische en reducerende eigenschappen wordt magnesiumoxide vaak gebruikt als adsorptiemiddel voor afvalwaterzuivering.
(a) TEM-afbeelding van het gedispergeerde hypofyllietmonster met een vergroting van 13500x en (b) TEM-afbeelding met een vergroting van 35000x. (c) Raman-spectrum van het behandelde hypofylliet en (d) XPS-spectrum van de koolstoflijn in het hypofyllietspectrum.
Grafeenextractie
Om de gesteenten voor te bereiden op de extractie van grafeen, gebruikten de twee een scanningelektronenmicroscoop (SEM) om de onzuiverheden van zware metalen en de porositeit in de monsters te onderzoeken. Ze pasten ook andere laboratoriummethoden toe om de algemene structuur en de aanwezigheid van andere mineralen in de hypomfibool te controleren.
Na de analyse en preparatie van de monsters konden de onderzoekers grafeen uit het dioriet extraheren door het monster uit Karelië mechanisch te bewerken met een digitale ultrasone reiniger.
Omdat met deze methode een groot aantal monsters verwerkt kan worden, bestaat er geen risico op secundaire besmetting en zijn verdere monsterverwerkingsmethoden niet nodig.
Omdat de buitengewone eigenschappen van grafeen alom bekend zijn in de wetenschappelijke gemeenschap, zijn er veel productie- en synthesemethoden ontwikkeld. Veel van deze methoden zijn echter meerstaps processen of vereisen het gebruik van chemicaliën en sterke oxidatie- en reductiemiddelen.
Hoewel grafeen en andere koolstoffilms een groot toepassingspotentieel hebben getoond en relatief veel succes hebben geboekt in onderzoek en ontwikkeling, zijn de processen die deze materialen gebruiken nog in ontwikkeling. Een van de uitdagingen is om de winning van grafeen kosteneffectief te maken, wat betekent dat het vinden van de juiste dispersietechnologie cruciaal is.
Deze dispersie- of synthesemethode is arbeidsintensief en milieubelastend, en de kracht van deze technologieën kan bovendien defecten in het geproduceerde grafeen veroorzaken, waardoor de verwachte uitstekende kwaliteit van het grafeen afneemt.
De toepassing van ultrasone reinigers bij de synthese van grafeen elimineert de risico's en kosten die gepaard gaan met meerstaps- en chemische methoden. De toepassing van deze methode op het natuurlijke mineraal hypofylliet heeft de weg vrijgemaakt voor een nieuwe, milieuvriendelijke manier om grafeen te produceren.
Geplaatst op: 4 november 2021
