Grafen er vanvittig nyttig, men veldig vanskelig å produsere - til nå.

  • Grafen er et gitter av karbonatomer arrangert i en kyllingtrådformasjon, en struktur som gjør det svært nyttig for et bredt spekter av bruksområder.
  • Det har imidlertid vært veldig vanskelig og dyrt å lage.
  • Denne nye teknikken reduserer kostnadene og vanskelighetene ved å varme opp ethvert karbonbasert materiale, for eksempel brukt kaffegrut eller plastavfall.

Nylig teknologi utviklet ved Rice University tar ideen om at en manns søppel er en annen manns skatt til det ytterste. Bananskall, kaffegrut, engangsplastbeholdere, kull – alle disse og mer blir omgjort til et av de mest verdifulle materialene som finnes: grafen. Kjemiker James Tour og teamet hans har utviklet en rask prosess som kan forvandle store mengder søppel til flak av grafen.

"Dette er en stor sak," sa Tour i et Rice University pressemelding. «Verden kaster ut 30 prosent til 40 prosent av all mat, fordi den går dårlig, og plastavfall er av verdensomspennende bekymring. Vi har allerede bevist at alt fast karbonbasert materiale, inkludert blandet plastavfall og gummidekk, kan gjøres om til grafen.»

En gjengivelse av grafen.Kilde: Max Pixel / Public Domain

Verdien av grafen skyldes hovedsakelig dens utrolige styrke og det store utvalget av industrielle applikasjoner det har. Dette materialet består av et enkelt lag med karbonatomer forbundet med hverandre med seks kjemiske bindinger, og skaper et gitter som ligner hønsenetting.

Ikke bare er grafen ekstremt nyttig i vitenskapelige eksperimenter på grunn av sin høye reaktivitet og styrke, det kan også legges til alle slags andre materialer for å forbedre styrken eller gjøre dem lettere, for eksempel betong eller metaller. Det er det mest ledende materialet, noe som gjør det uvurderlig for bruk som kjøleribbe i for eksempel LED-er eller smarttelefoner. Det kan også brukes i batteriteknologi, i maling, i sensorer og mange flere - det er bokstavelig talt for mange bruksområder for dette materialet å dekke i denne artikkelen alene.

Til tross for sin høye nytteverdi, er ikke grafen en del av hverdagen vår ennå. Noe av grunnen er på grunn av den uoverkommelige kostnaden. Grafen er vanskelig å produsere i bulk, med "den nåværende kommersielle prisen på grafen er $67,000 til $200,000 per tonn," sa Tour. Vanlige teknikker inkluderer eksfoliering, der ark med grafen fjernes fra grafitt, eller kjemisk dampavsetning, der metan (CH4) fordampes i nærvær av et kobbersubstrat som griper metanets karbonatomer, og ordner dem som grafen.

Den nye teknikken, kalt flash Joule oppvarming, er langt enklere, billigere og er ikke avhengig av noen farlige løsemidler eller kjemiske tilsetningsstoffer. Enkelt sagt, et karbonbasert materiale utsettes for en varme på 2,760°C (5,000°F) i bare 10 millisekunder. Dette bryter hver kjemisk binding i inngangsmaterialet. Alle atomer bortsett fra karbon blir til gass, som slipper ut i denne proof-of-concept-enheten, men som kan fanges opp i industrielle applikasjoner. Karbonet setter seg imidlertid sammen igjen som flak av grafen.

Dessuten produserer denne teknikken såkalt turbostatisk grafen. Andre prosesser produserer det som er kjent som AB stablet grafen, der halvparten av atomene i ett ark med grafen ligger over atomene til et annet ark med grafen. Dette resulterer i en tettere binding mellom de to arkene, noe som gjør dem vanskeligere å skille. Turbostatisk grafen har ingen slik rekkefølge mellom arkene, så de er lettere å fjerne fra hverandre.

Den mest åpenbare brukssaken for det forskerne har kalt "flash graphene" er å bruke disse grafenflakene som en komponent i betong. "Ved å forsterke betong med grafen," sa Tour, "kan vi bruke mindre betong til bygging, og det ville koste mindre å produsere og mindre å transportere. I hovedsak fanger vi drivhusgasser som karbondioksid og metan som matsvinn ville ha sluppet ut på søppelfyllinger. Vi konverterer disse karbonene til grafen og legger det grafenet til betong, og reduserer dermed mengden karbondioksid som genereres ved betongproduksjon. Det er et vinn-vinn-miljøscenario ved bruk av grafen.»

Betong er en viktig applikasjon for dette materialet, en som ville være både økonomisk og miljømessig forsvarlig, men mange andre finnes også. Ettersom denne metoden og andre for å produsere grafen i bulk modnes, kan vi håpe å se en fremtid med stadig sterkere, lettere, mer avanserte og mindre miljøødeleggende materialer og teknologier.

kilde: Grafen koster vanligvis $200,000 XNUMX per tonn. Nå kan forskere lage det fra søppel. – Big Think

Oversette "