Графен безумно полезен, но его очень трудно производить — до сих пор.
- Графен представляет собой решетку атомов углерода, расположенных в виде проволочной сетки, структура, которая делает его очень полезным для широкого спектра применений.
- Однако сделать это было очень сложно и дорого.
- Этот новый метод снижает стоимость и сложность за счет мгновенного нагрева любого материала на основе углерода, такого как использованная кофейная гуща или пластиковые отходы.
Последние технологии, разработанные в Университете Райса, доводят до крайности идею о том, что мусор одного человека является сокровищем другого человека. Банановая кожура, кофейная гуща, одноразовые пластиковые контейнеры, уголь — все это и многое другое превращается в один из самых ценных материалов: графен. Химик Джеймс Тур и его команда разработали быстрый процесс, который может превратить большое количество мусора в хлопья графена.
«Это большое дело», — сказал Тур в Университете Райса. пресс-релизе. «Мир выбрасывает от 30 до 40 процентов всей еды, потому что она портится, а пластиковые отходы вызывают озабоченность во всем мире. Мы уже доказали, что любое твердое вещество на основе углерода, включая смешанные пластиковые отходы и резиновые шины, можно превратить в графен».
Рендеринг графена.Источник: Max Pixel / Public Domain
Ценность графена в основном обусловлена его невероятной прочностью и широким спектром промышленных применений, которыми он обладает. Этот материал состоит из одного слоя атомов углерода, соединенных друг с другом шестью химическими связями, образуя решетку, напоминающую куриную сетку.
Мало того, что графен чрезвычайно полезен в научных экспериментах из-за его высокой реакционной способности и прочности, его также можно добавлять ко всем видам других материалов, чтобы повысить их прочность или сделать их более легкими, такими как бетон или металлы. Это самый проводящий материал, что делает его бесценным для использования в качестве радиатора, например, в светодиодах или смартфонах. Его также можно использовать в аккумуляторных технологиях, красках, датчиках и многом другом — буквально слишком много применений этого материала, чтобы охватить его в одной статье.
Несмотря на свою высокую полезность, графен еще не стал частью нашей повседневной жизни. Частично причина этого в его непомерно высокой стоимости. Графен трудно производить оптом, поскольку «текущая коммерческая цена графена составляет от 67,000 200,000 до 4 XNUMX долларов за тонну», — сказал Тур. Общие методы включают расслоение, при котором листы графена отделяются от графита, или химическое осаждение из паровой фазы, при котором метан (CHXNUMX) испаряется в присутствии медной подложки, которая захватывает атомы углерода метана, располагая их в виде графена.
Новая техника, названная импульсный джоулев нагрев, намного проще, дешевле и не требует использования каких-либо опасных растворителей или химических добавок. Проще говоря, материал на основе углерода подвергается воздействию тепла 2,760°C (5,000°F) всего за 10 миллисекунд. Это разрушает все химические связи в исходном материале. Все атомы, кроме углерода, превращаются в газ, который улетучивается в этом испытательном устройстве, но может быть уловлен в промышленных целях. Однако углерод снова собирается в виде чешуек графена.
Более того, эта технология позволяет производить так называемый турбостатический графен. Другие процессы производят то, что известно как многослойный графен AB, в котором половина атомов в одном листе графена лежит над атомами другого листа графена. Это приводит к более плотной связи между двумя листами, что затрудняет их разделение. В турбостатическом графене такого порядка между листами нет, поэтому их легче отделить друг от друга.
Наиболее очевидным вариантом использования того, что исследователи назвали «вспышкой графена», является использование этих графеновых хлопьев в качестве компонента бетона. «Укрепляя бетон графеном, — сказал Тур, — мы могли бы использовать меньше бетона для строительства, и его производство и транспортировка стоили бы меньше. По сути, мы улавливаем парниковые газы, такие как углекислый газ и метан, которые выбрасываются из пищевых отходов на свалки. Мы превращаем этот углерод в графен и добавляем этот графен в бетон, тем самым снижая количество углекислого газа, образующегося при производстве бетона. Это беспроигрышный экологический сценарий с использованием графена».
Бетон является одним из основных применений этого материала, который был бы экономически и экологически безопасным, но существуют и многие другие. По мере развития этого и других методов массового производства графена мы можем надеяться увидеть будущее с более прочными, более легкими, более совершенными и менее разрушительными для окружающей среды материалами и технологиями.
