Hiilikalvot, kuten grafeeni, ovat erittäin kevyitä mutta erittäin vahvoja materiaaleja, joilla on erinomainen sovelluspotentiaali, mutta niiden valmistus voi olla vaikeaa, ne vaativat yleensä paljon työvoimaa ja aikaa vieviä strategioita, ja menetelmät ovat kalliita eivätkä ympäristöystävällisiä.
Suuren grafeenimäärän tuotannossa nykyisten uuttomenetelmien toteuttamisessa ilmenevien vaikeuksien voittamiseksi Israelin Negevin Ben Gurionin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet "vihreän" grafeenin uuttomenetelmän, jota voidaan soveltaa monilla eri aloilla, mukaan lukien optiikka, elektroniikka, ekologia ja bioteknologia.
Tutkijat käyttivät mekaanista dispersiota grafeenin erottamiseen luonnon mineraalista, strioliitista. He havaitsivat, että mineraali hypofylliitti näyttää olevan hyvät mahdollisuudet teollisen mittakaavan grafeenin ja grafeenin kaltaisten aineiden tuotannossa.
Hypofibolin hiilipitoisuus voi vaihdella. Hiilipitoisuudesta riippuen hypofibolilla voi olla erilaisia käyttömahdollisuuksia. Joitakin tyyppejä voidaan käyttää niiden katalyyttisten ominaisuuksien vuoksi, kun taas toisilla tyypeillä on bakterisidisia ominaisuuksia.
Hypopyrokseenin rakenteelliset ominaisuudet määräävät niiden käytön hapetus-pelkistysprosessissa, ja sitä voidaan käyttää myös masuunien ja ferroseosten valmistuksessa valetusta (korkean piipitoisuuden omaavasta) valuraudasta.
Fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksiensa, tiheytensä, hyvän lujuutensa ja kulutuskestävyytensä ansiosta hypofylliitti pystyy myös adsorboimaan erilaisia orgaanisia aineita, joten sitä voidaan itse asiassa käyttää suodatinmateriaalina. Se on myös osoittanut kyvyn poistaa vapaita radikaaleja, jotka voivat saastuttaa vesilähteitä.
Hypopyrokseenilla on kyky desinfioida ja puhdistaa vettä bakteereista, itiöistä, yksinkertaisista mikro-organismeista ja sinilevistä. Magnesiumoksidia käytetään usein adsorbenttina jäteveden käsittelyssä sen korkeiden katalyyttisten ja pelkistävien ominaisuuksien vuoksi.
(a) 13500-kertainen suurennus ja (b) 35000-kertainen suurennos dispergoituneesta hypofylliittinäytteestä. (c) Käsitellyn hypofylliitin Raman-spektri ja (d) hypofylliittispektrin hiiliviivan XPS-spektri
Grafeenin uuttaminen
Grafeenin uuttamista varten kivien valmistelemiseksi he käyttivät pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM) tutkiakseen näytteiden raskasmetalliepäpuhtauksia ja huokoisuutta. He käyttivät myös muita laboratoriomenetelmiä hypomfibolin yleisen rakenteellisen koostumuksen ja muiden mineraalien esiintymisen tarkistamiseen.
Näytteen analysoinnin ja valmistelun jälkeen tutkijat pystyivät uuttamaan grafeenia dioriitista käsiteltyään Karjalasta peräisin olevaa näytettä mekaanisesti digitaalisella ultraäänipuhdistimella.
Koska tällä menetelmällä voidaan käsitellä suuri määrä näytteitä, toissijaisen kontaminaation riskiä ei ole, eikä myöhempiä näytteenkäsittelymenetelmiä tarvita.
Koska grafeenin poikkeukselliset ominaisuudet ovat olleet laajalti tiedossa tieteellisessä yhteisössä, on kehitetty monia tuotanto- ja synteesimenetelmiä. Monet näistä menetelmistä ovat kuitenkin joko monivaiheisia prosesseja tai vaativat kemikaalien ja voimakkaiden hapettimien ja pelkistimien käyttöä.
Vaikka grafeeni ja muut hiilikalvot ovat osoittaneet suurta sovelluspotentiaalia ja saavuttaneet suhteellista menestystä tutkimus- ja kehitystyössä, näitä materiaaleja käyttävät prosessit ovat vielä kehitysvaiheessa. Osa haasteesta on grafeenin uuttamisen kustannustehokkuuden parantaminen, mikä tarkoittaa, että oikean dispersioteknologian löytäminen on avainasemassa.
Tämä dispersio- tai synteesimenetelmä on työläs ja ympäristölle haitallinen, ja näiden teknologioiden vahvuus voi myös aiheuttaa virheitä tuotetussa grafeenissa, mikä heikentää grafeenin odotettua erinomaista laatua.
Ultraäänipuhdistimien käyttö grafeenin synteesissä poistaa monivaiheisiin ja kemiallisiin menetelmiin liittyvät riskit ja kustannukset. Menetelmän soveltaminen luonnon mineraaliin, hypofylliittiin, on tasoittanut tietä uudelle ympäristöystävälliselle tavalle tuottaa grafeenia.
Julkaisun aika: 04.11.2021
