211service.com
En bedre måde at lave grafen på
Enkeltatom-tykke plader af kulstof kaldet grafen har nogle fantastiske egenskaber: grafen er stærkt, stærkt elektrisk ledende, fleksibelt og gennemsigtigt. Dette gør det til et lovende materiale at lave fleksible touchskærme og superstærke strukturelle materialer. Men at skabe disse tynde kulstofplader og derefter bygge ting ud af dem, er svært at lave uden for laboratoriet.
Fremstilling af materiale: Plader af grafen lå oven på en måtte af enkeltvæggede kulstofnanorør.
Nu kan et fremskridt inden for fremstilling og behandling af grafen i opløsning gøre det praktisk at arbejde med materialet i produktionsskala. Forskere ved Rice University har lavet grafenløsninger 10 gange mere koncentrerede end nogen før. De har brugt disse løsninger til at lave gennemsigtige, ledende plader, der ligner elektroderne på skærme, og de er i øjeblikket ved at udvikle metoder til at spinde grafenløsningerne for at generere fibre og strukturelle materialer til fly og andre køretøjer, der lover at være billigere end nutidens. kulfiber.
Uanset slutproduktet er det ideelt at starte med en højkoncentrationsløsning af grafen, men eksisterende metoder kan ikke opnå dette, siger James Tour , professor i kemi ved Rice University. Grafen er ikke særlig opløseligt, dels på grund af dets dimensioner, og dels på grund af dets kemi. Grafen er kun et atom tykt, men dets overfladeareal er enormt. Hvis du vil arbejde med grafen, arbejder du fortyndet, hvilket giver mening, for det her er et kæmpestort molekyle, siger Tour.
De fleste metoder til fremstilling af grafen starter med grafit og involverer afskalning af atomtynde plader af grafen, normalt ved hjælp af kemiske midler. Nøglen er at lave enkeltlags grafen, for ikke at ødelægge det i processen, og at gøre det i høj volumen, siger For at kontakte Yang , professor i materialevidenskab og teknik ved University of California, Los Angeles. Nogle af de eksisterende metoder til at fremstille grafen af grafit og derefter manipulere det i opløsning involverer tilføjelse af opløselige grupper til overfladen af molekylet, men denne kemiske ændring ødelægger grafens elektriske egenskaber.
Rice-forskerne laver grafenløsninger ved hjælp af en metode, de oprindeligt udviklede til at arbejde med kulstofnanorør. For omkring fem år siden blev forskere ledet af den afdøde nobelpristager Richard Smalley opdaget, at højt koncentreret svovlsyre, så stærk, at den kaldes en supersyre, kan bringe kulstofnanorør i opløsning ved at belægge deres overflader med ioner. Sidste år, Rice-gruppen, nu ledet af kemiker Matteo Pasquali , viste, at de kunne bruge supersyreopløsninger af kulstofnanorør til at lave fibre hundredvis af meter lange; koncernen har indgået kontrakt med en større kemivirksomhed om at kommercialisere processen.
Ris-forskerne har for nylig påvist, at endnu stærkere supersyrer kan adskille grafit til ark af grafen og bringe dem i opløsning. I modsætning til andre metoder, der involverer kemiske reaktioner, der ændrer grafen, forringer supersyreopløsningen ikke materialets egenskaber. Gruppen har brugt løsningerne til at lave plader af grafen med lav elektrisk modstand og er nu på fuld fart med at bruge disse løsninger til at lave grafenfibre, siger Tour.
Tour forventer, at grafenbehandlingsmetoden har to hovedanvendelser: gennemsigtige elektroder og strukturelle materialer. På begge områder kan det nedbringe omkostningerne. Indiumtinoxid, det gennemsigtige ledende materiale, der oftest findes i berøringsskærme og solceller, er dyrt og skørt, siger Benji Maruyama, senior materialeforskningsingeniør ved Air Force Research Laboratory i Ohio. Det amerikanske luftvåben finansierer Rice-forskningen. Mange grupper har demonstreret fordelene ved grafenelektroder med hensyn til ledningsevne og fleksibilitet; rismetoden skulle gøre det muligt at fremstille dem over store arealer.
Processen kan også bruges til at nedbringe omkostningerne ved lette, seje strukturelle materialer fremstillet af kulfiber. Disse materialer har eksisteret i årtier, men de forbliver dyre, fordi de processer, der bruges til at fremstille dem, er komplekse og resulterer i tabt materiale. I stedet for at lave rent kulstof direkte til fibre, som i risprocessen, starter den nuværende proces med en nitrilpolymerfiber, der opvarmes for at omdanne den til grafit. Disse fibre væves derefter ind i måtter og limes sammen til et bulkmateriale. De bruges i fly, men ikke i biler, fordi omkostningerne er for høje, siger Tour. Hvis vi kan gøre dette billigere og få lige så gode eller bedre egenskaber, er der potentiale for et reelt fremskridt inden for kulfiber.