Znajdź zawartość

Grafen, który ma w przyszłości zmienić oblicze elektroniki, jest bardzo trudny w produkcji. Wkrótce może się to zmienić, dzięki najnowszym osiągnięciom zespołu z Rice University i Izraelskiego Instytutu Technologii Technion. Profesor Matteo Pasquali z Rice, który przewodził grupie badaczy, mówi: Istnieją wydajne metody produkcji tlenku grafenu, który nie jest tak dobrym przewodnikiem jak grafen, oraz mało wydajne metody produkcji czystego grafenu. Nasza metoda pozwalana wytworzenie bardzo czystego materiału i korzysta z wydajnego procesu produkcyjnego, od dawna używanego w przemyśle chemicznym. Naukowcy stwierdzili, że grafit można rozpuszczać w kwasie chlorosiarkowym i szukali nowych metod pomiaru właściwości takiego roztworu. W trakcie prac okazało się, że kwas spowodował, iż z grafitu spontanicznie oddzieliły się warstwy tworzącego go grafenu. Dalsze prace pozwoliły na rozpuszczenie aż dwóch gramów grafenu w litrze kwasu, co oznacza co najmniej 10-krotnie większą wydajność pozyskiwania grafenu, niż w dotychczas stosowanych metodach. Następnie, by zbadać jakość grafenu, uczeni wynaleźli nowatorką technikę kriogeniczną, potrzebną do obrazowania warstw grafenu w kwasie za pomocą mikroskopu elektronowego. Badania wykazały wysoką czystość uzyskanego materiału. Następnie udało się uzyskać z niego przezroczyste warstwy, które przewodziły prąd. Te mogą posłużyć do produkcji wyświetlaczy dotykowych, tańszych niż obecnie używane urządzenia. Jakby tego było mało, naukowcom udało się również wyprodukować ciekłe kryształy. Jeśli potrafisz zrobić ciekłe kryształy, możesz wyciągnąć włókna. W ciekłych kryształach poszczególne warstwy układają się w domeny, a mając informacje na temat ich ułożenia możesz wykorzystać krawędzie materiału do tworzenia włókien - mówi James Tour, jeden z autorów badań. Teraz pozostaje mieć nadzieję, że nowo opracowana metoda pozwoli produkować grafenowe włókna na skalę przemysłową.

Amerykański rynek tworzyw sztucznych jest warty 300 miliardów dolarów dzięki temu, że tworzywa można przetwarzać w postaci płynnej. Warzywniaki używają plastikowych torebek zamiast papierowych, a ubrania z poliestru są tańsze od tych z bawełny, ponieważ polimery mogą być rozpuszczane i przetwarzane w formie płynnej. Przetwarzanie nanorurek w postaci płynnej daje możliwość wykorzystania procesów technologicznych, które zostały opracowane na potrzeby polimerów - mówi profesor Matteo Pasquali, jeden z twórców rewolucyjnej metody przetwarzania nanorurek. Po dziewięciu latach pracy grupa naukowców, wśród których był zmarły laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii Richard Smalley, ogłosiła dokonanie przełomu. Uczonym udało się opracować technologię, która umożliwia przetwarzanie węglowych nanorurek na skalę przemysłową. Ich najnowsze prace opierają się na okryciu w 2003 roku metody rozpuszczania dużych ilości czystych nanorurek w silnych kwasach, takich jak np. kwas siarkowy. Z czasem okazało się, że nanorurki w takich roztworach łączą się tworząc rodzaj płynnych kryształów w kształcie spaghetti, które następnie można rozdzielać na pojedyncze włókna grubości ludzkiego włosa. Nasze odkrycie pozwala na przeprowadzenie efektywnego procesu przemysłowego dla nanorurek - mówi Wade Adams, jeden z odkrywców. Badania wykazały, że najlepszym rozpuszczalnikiem dla nanorurek jest kwas chlorosulfonowy - dodaje. Od czasu dokonania odkrycia z 2003 roku uczeni badali różne kwasy i różne stężenia, by znaleźć ten, który będzie jak najlepiej współpracował z nanorurkami. Podczas tych eksperymentów porównywano też zachowanie kwasów i nanorurek z zachowaniem polimerów podczas procesów przemysłowych, opracowując jednocześnie podstawy teoretyczne i praktyczne konieczne do wdrożenia produkcji na skalę przemysłową. Amerykanom pomagali naukowcy z izraelskiego Instytutu Technologii Technion. Ishi Talmon i jego koledzy z Technion wykonali najważniejszy krok, który pozwolił nam na zdobycie bezpośredniego dowodu na to, że nanorurki rozpuszczają się spontanicznie w kwasie chlorosulfonowym. By tego dokonać musieli opracować eksperymentalną technologię bezpośredniego obrazowania zeszklonych szybko zamrożonych roztworów kwasowych - informuje profesor Pasquali. Węglowe nanorurki odkryto w 1991 roku i od tamtej pory budzą olbrzymie nadzieje. Naukowcy chcą je wykorzystać zarówno do leczenia nowotworów, jak i do produkcji energii. Jednak nanorurki to bardzo niewdzięczny materiał. Trudno je nie tylko wyprodukować, ale i pracować z nimi. Jednak naukowcy od lat eksperymentują, gdyż są niezwykle obiecujące. Nanorurki mogą przewodzić prąd, zachowywać się jak przewodniki i półprzewodniki, można je ogrzewać za pomocą fal radiowych i wykorzystać do niszczenia guzów nowotworowych, mogą być wypełnione lekarstwami, które dostarczą w dokładnie oznaczone miejsce, są sześciokrotnie lżejsze od stali, ale 100-krotnie bardziej wytrzymałe. Kevlar, polimer wykorzystywany w kamizelkach kuloodpornych, jest od 5 do 10 razy bardziej wytrzymały, niż najmocniejsze włókno z nanorurek, które możemy obecnie wyprodukować. Jednak teoretycznie możemy wyprodukować włókna nanorurkowe 100-krotnie wytrzymalsze. Jeśli uda się nam wykorzystać chociażby 20% ich potencjału zyskamy wspaniały materiał, być może najbardziej wytrzymały ze wszystkich znanych - mówi Pasquali. Specjaliści oceniają, że w nadchodzącej dekadzie światowy rynek nanorurek będzie wart co najmniej 2 miliardy dolarów rocznie. Naukowców czeka jeszcze sporo pracy. Na całym świecie próbuje się opracować metodę wytwarzania identycznych nanorurek o zadanych właściwościach. Obecnie, jak mówi Pasquali, jedną z głównych zalet opracowanego procesu jest możliwość wyprodukowania w ciągu kilku dni grama nanorurkowych włókien z grama nanorurek.