Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  

Recommended Posts

Tlenek grafenu to materiał mający potencjalnie równie szerokie zastosowania, jak sam grafen. Niestety, do tej pory jego produkcja była kosztowna i bardzo szkodliwa dla środowiska. Obie te wady usuwa komercyjna technologia opracowana na amerykańskim Uniwersytecie Rice'a.

W przeciwieństwie do grafenu jego tlenek jest izolatorem, ale może być łatwo przekształcony w przewodnik lub półprzewodnik. Można z niego wytwarzać bardzo wytrzymały materiał zastępujący papier, polimery, stopy metali, ceramikę, cienkie błony dla przemysłu elektronicznego. Jako dobrze rozpuszczalny w wodzie posiada też inne zastosowania, na przykład do produkcji polimerów, nośników lekarstw, magazynowania wodoru, odzyskiwania ropy i gazu.

Tlenek grafenu znano już w XIX wieku, ale do niedawna jego masowa produkcja była utrudniona i wymagała użycia substancji wysoce toksycznych lub wybuchowych. Wykorzystywano do tego chloran potasu lub azotan sodu - obie substancje powodowały powstawanie dużych ilości trujących gazów, jeden z nich, dwutlenek chloru jest ponadto materiałem wybuchowym. Ze względu na ryzyko producenci niechętnie sięgają po technologie łączące się z takim niebezpieczeństwem.

Chemicy z Uniwersytetu Rice'a pod kierunkiem Jamesa Toura opracowali nową metodę, pozbawioną tych trudności. Proces ten podobny jest do istniejącego już „rozcinania" wielościennych nanorurek z grafenu. Drobne, cienkie płatki grafitu poddawane są działaniu nadmanganianu potasu, kwasu siarkowego i kwasu fosforowego, chemikaliów powszechnie dostępnych i niedrogich.

Nowa technologia pozwala na masową produkcję tlenku grafenu i jest wysoce konkurencyjna wobec dotychczasowych metod. Jest ponadto bezpieczna i nieszkodliwa dla środowiska.

Badania prowadzono we współpracy z firmą M-I SWACO, producentem płuczki wiertniczej, która chce wykorzystać tlenek grafenu do powiększenia produktywności odwiertów.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nanopłatki tlenku grafenu (s-GO) wpływają na transmisję sygnału w synapsach pobudzeniowych. Zabieg jest odwracalny, bo znikają one bez śladu po 72 godzinach od podania. Naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości uda się to wykorzystać np. w terapii padaczki lub do transportu leczniczych substancji.
      Zespół prof. Laury Ballerini z Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) odkrył, że w hodowlach komórek hipokampa s-GO wybiórczo hamują aktywność glutaminergiczną, nie zmieniając przy tym żywotności komórek.
      Kwas L-glutaminowy jest ważnym neuroprzekaźnikiem pobudzającym. Coraz więcej dowodów wskazuje na jego rolę w chorobach neuropsychicznych.
      Eksperymenty opisane na łamach Nano Letters pokazują, że s-GO bezpośrednio oddziałują na uwalnianie pęcherzyka presynaptycznego. Akademicy uważają więc, że nanopłatki tlenku grafenu zmniejszają dostępność neuroprzekaźnika.
      Oprócz tego s-GO wstrzyknięto do hipokampów zwierząt. Testy patch-clamp na wycinkach mózgu, które przeprowadzono 2 doby od zabiegu, pokazały znaczący spadek w zakresie glutaminergicznej aktywności synaptycznej (porównań dokonywano do iniekcji z soli fizjologicznej).
      Stwierdziliśmy w modelach in vitro, że te drobniutkie płatki wpływały na transmisję sygnału z komórki do komórki, oddziałując na specjalne strefy zwane synapsami [...]. Co ciekawe, ich działanie było wybiórcze i dotyczyło synaps pobudzeniowych. Chcieliśmy sprawdzić, czy podobnie jest w żywym organizmie [...] - opowiadają Ballerini i Rossana Rauti. Okazało się, że tak.
      Wygląda na to, że po iniekcji s-GO są dobrze tolerowane przez organizm. Odpowiedź zapalna okazała się słabsza niż po podaniu roztworu soli fizjologicznej. To bardzo istotne dla ewentualnych zastosowań terapeutycznych.
      Specjalistki argumentują, że kluczem do sukcesu jest rozmiar zastosowanych s-GO. Ich średnica nie powinna być większa ani mniejsza niż 100-200 nm, bo za duże płatki nie mogłyby spenetrować synapsy, zaś małe zostałyby błyskawicznie "wymiecione".

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas syntezy grafenu wykorzystuje się proces chemicznej redukcji tlenku grafenu (GO). Wymaga on wystawienia GO na działanie hydrazyny. Ten sposób produkcji ma jednak poważne wady, które czynią jego skalowanie bardzo trudnym. Opary hydrazyny są bowiem niezwykle toksyczne, zatem produkcja na skalę przemysłową byłaby niebezpieczna zarówno dla ludzi jak i dla środowiska naturalnego.
      Naukowcy z japońskiego Uniwersytetu Technologicznego Toyohashi zaprezentowali bezpieczne, przyjazne dla środowiska rozwiązanie problemu. Zainspirowały ich wcześniejsze badania wskazujące, że tlenek grafenu może działać na bakterie jak akceptor elektronów. Wskazuje to, że bakterie w procesie oddychania lub transportu elektronów mogą redukować GO.
      Japońscy uczeni wykorzystali mikroorganizmy żyjące na brzegach pobliskiej rzeki. Badania przeprowadzone przy wykorzystaniu zjawiska Ramana wykazały, że obecność bakterii rzeczywiście doprowadziła do zredukowania tlenku grafenu. Zdaniem Japończyków pozwala to na opracowanie taniej, bezpiecznej i łatwo skalowalnej przemysłowej metody produkcji grafenu o wysokiej jakości.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Uczeni z Rice University odkryli prosty sposób na zmuszenie węglowych nanorurek do tego, by świeciły jaśniej. Nanorurki charakteryzują się pewną naturalną fluoroscencją, jednak reakcje chemiczne zachodzące na ich powierzchni prowadzą do jej zaniku.
      Bruce Weisman, pionier w badaniu spektroskopii nanorurek, odkrył, że dodanie niewielkiej ilości ozonu do nanorurek posiadających pojedynczą ściankę i wystawienie ich na działanie światła, powoduje, że atomy tlenu łączą się z nanorurkami, a fluoroscencja w bliskiej podczerwieni ulega wzmocnieniu. Odkrycie to pozwoli zastosować nanorurki w wielu dziedzinach nauki. Przydadzą się one zarówno w biologii, gdzie wzmocniona fluoroscencja pozwoli na śledzenie nanorurek wprowadzonych do komórek organizmu żywego, jak i posłużą do budowy laserów.
      Weisman i jego student Saunab Ghosh odkryli, że kluczowym elementem jest oświetlenie nanorurki. Nie jesteśmy pierwszymi, którzy badają wpływ ozonu na nanorurki. Takie prace prowadzone są od lat. Jednak wcześniej uczeni mieli ciężką rękę i wystawiali nanorurki na działanie dużych ilości ozonu. Wówczas jednak dochodzi do zniszczenia użytecznych właściwości optycznych nanorurek, ich fluoroscencja zostaje całkowicie wyłączona. My postanowiliśmy dodać zaledwie 1 atom tlenu na 2-3 tysiące atomów węgla. To bardzo mało - mówi Weisman.
      Metoda Weismana i Ghosha jest banalnie prosta. Uczeni zanurzyli nanorurki w wodzie, dodali do niej rozpuszczony ozon i całość oświetlili. Do przeprowadzenia użytecznej reakcji wystarczy nawet światło zwykłej lampki biurowej. W ten sposób powstały nanorurki wzbogacone tlenem, w których zdecydowana większość powierzchni pozostaje w stanie niezmienionym. Nanorurki absorbują zatem światło podczerwone, tworząc ekscytony, kwazicząsteczki mające tendencję do samoistnego przeskakiwania po nanorurkach. Przeskakują tak długo, aż napotkają atom tlenu.
      W czasie swojego życia ekscyton może odwiedzić dziesiątki tysięcy atomów węgla. Nasz pomysł wykorzystuje ten fakt, gdyż założyliśmy, że ekscyton będzie skakał wystarczająco długo, by napotkać miejsce wzbogacone tlenem. A gdy do tego dojdzie, ekscyton w nim pozostanie, gdyż jest to miejsce energetycznie stabilne. Tlen więzi ekscyton, co prowadzi do emisji fali światło o większej długości światła niż w naturalnej fluoroscencji nanorurek. Mówiąc wprost - większa część nanorurek działa jak antena absorbująca energię i kierująca ją do miejsc wzbogaconych tlenem. Możemy stworzyć nanorurki, w których 80-90% emisji pochodzi z miejsc wzbogaconych - stwierdził Weisman.
      Testy laboratoryjne wykazały, że tak spreparowane nanorurki utrzymują swoje nowe właściwości przez wiele miesięcy.
      Weisman zaznacza, że dzięki temu odkryciu, nanorurki można wykrywać światłem niedostrzegalnym dla człowieka. Dlaczego jest to ważne? Ponieważ w wykorzystywanych w biologii systemach wykrywania, za każdym razem gdy posłużymy się światłem widzialnym uzyskamy nieco emisji z tła, z komórek i tkanek, co zaciemnia cały obraz. Korzystając z podczerwieni nie mamy tego problemu - wyjaśnia.
      Naukowcy przeprowadzili już odpowiednie testy dodając nanorurki do kultur ludzkich komórek. Po zastosowaniu podczerwieni nanorurki emitowały jasne światło i były łatwo dostrzegalne. Przy świetle widzialnym znacznie trudniej było określić miejsce, w którym się znajdują.
       
      http://www.youtube.com/watch?v=iVM_5ktGtnw
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z Rice University poinformowali o opracowaniiu nowej metody produkcji grafenu z bogatych w węgiel substancji, takich jak np. cukier. Opracowali oni jednoprzebiegowy proces odbywający się w niższej niż dotychczas temperaturze, co ułatwia cały proces produkcyjny.
      Chemik James Tour i jego zespół twierdzą, że duże płachty grafenu wysokiej jakości mogą być tworzone w temperaturze już 800 stopni Celsjusza z wielu źródeł zawierających węgiel. Dotychczas do ich powstania wymagana była temperatura rzędu 1000 stopni. Przy 800 stopniach krzemowe podłoże [na którym powstaje grafen - red.] pozostaje przydatne w elektronice, podczas gdy w 1000 stopni traci ono ważne domieszki - mówi Tour.
      Autorem odkrycia jest student Toura, Zhengzong Sun, który zauważył, że nałożenie zawierających w węgiel substancji na podłoże bogate w miedź czy nikiel pozwala produkować jedno-, dwu- i wielowarstwowe płachty grafenu. Proces taki nadaje się też do tworzenia grafenu wzbogacanego domieszkami, co umożliwia manipulowanie jego elektronicznymi i optycznymi właścicielami.
      Najpierw Sun nałożył na miedziane podłoże szkło akrylowe (pleksiglas - PMMA). Po podgrzaniu w warunkach niskiego ciśnienia i obecności wodoru i argonu z PMMA pozostał czysty węgiel ułożony w jednoatomową warstwę. Okazało się również, że manipulując przepływem gazów można kontrolować grubość grafenu uzyskiwanego z PMMA.
      Później student wraz z kolegami spróbował tego samego z wykorzystaniem... cukru. Miedzianą folę pokrył centymetrem kwadratowym cukru i poddał całość takiemu samemu procesowi, któremu poddawał PMMA. Spodziewał się, że uzyskany w ten sposób grafen będzie pełen defektów ze względu na strukturę substancji. Okazało się jednak, że defektów jest na tyle mało, iż materiał może zostać w praktyce wykorzystany.
      Procesu takiego nie udało się natomiast przeprowadzić w sytuacji, gdy podłożem dla materiału z węglem był krzem lub tlenek krzemu. Jednak możliwe jest uzyskanie grafenu, jeśli krzem zostanie najpierw pokryty warstwą miedzi lub niklu.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od dawna czynione są zabiegi, żeby podtrzymać prawo Moore'a, które dla układów krzemowych wkrótce się załamie. Przypomnijmy sobie, że prawo to mówi, że gęstość upakowania elementów układów scalonych podwaja się co dwa lata. Tymczasem wytwórcy układów pamięci uważają, że nie da się zejść z wielkością elementu poniżej 10 nanometrów. Pamięci flash dotrą do nieprzekraczalnej bariery jeszcze szybciej - w ich przypadku to 20 nanometrów. Pojawia się jednak szansa: lekceważony do tej pory tlenek krzemu. Naukowcy z Rice Uniwersity już pokazali działający układ pamięci z elementami wielkości 10 nanometrów.
      W zeszłym roku zespołowi profesora Jamesa Toura udało się zademonstrować funkcjonujący bit pamięci w postaci grafitowego drucika grubości 10 nanometrów. Odpowiednio dobrane napięcie na zmianę przerywało połączenie i przywracało je na żądanie, mniejsze napięcie pozwalało oczywiście na odczyt stanu. To zwiastowało nowy rodzaj trwałej pamięci, choć wówczas nie wiedziano jeszcze, w jaki sposób to działa.
      Nic dziwnego jednak, że prace kontynuowano, a zajęli się nimi wspólnie z prof. Tourem: Douglas Natelson, Lin Zhong i Jun Yao. To właśnie Jun Yao wytrwale szukał materiałów mogących zastąpić grafit. Po serii eksperymentów zarzucił całkiem odmiany węgla oraz metale i skupił się na tlenku krzemu, który jest - w przeciwieństwie do krzemu - izolatorem. Niełatwo było mu przekonać innych do tego materiału, który jest jednym z najlepiej przebadanych związków w nauce. Nie uważano, żeby tlenek krzemu był przydatny do wytwarzania układów elektronicznych. Tymczasem właśnie jego wada - przebicia - stała się zaletą.
      Cienka warstwa tlenku krzemu, umieszczona pomiędzy warstwami z polikrystalicznego krzemu, pod wpływem przyłożonego napięcia, ulega przemianie. Atomy tlenu wypadają ze związku i pomiędzy elektrodami formuje się cienki łańcuch nanokryształów krzemu. Ten cienki drucik daje się przerywać i łączyć przy pomocy napięcia elektrycznego identycznie, jak nanodrucik z grafitu, a ma grubość zaledwie pięciu nanometrów.
      To genialne w swej prostocie rozwiązanie - chwalą pomysł inżynierowie Rice University. W przeciwieństwie do standardowych elementów pamięci, „bit" tlenku krzemu nie przechowuje ładunku, więc wymaga tylko dwóch, zamiast trzech połączeń. Warstwy układów pamięci mogą również być łatwo nakładane na siebie, pozwalając na tworzenie trójwymiarowych, miniaturowych i bardzo pojemnych struktur pamięci. Rozwiązanie ma też inne zalety: bardzo dużą szybkość przełączania (poniżej 100 nanosekund), bardzo dużą wytrzymałość oraz kompatybilność ze standardowymi układami krzemowymi. Oznacza to, że można je łatwo wdrożyć do zastosowań komercyjnych. Tlenek krzemu jest również odporny na promieniowanie, co oznacza przydatność w zastosowaniach militarnych i kosmicznych. Układy takie będą również odporne na przykład na rozbłyski słoneczne. Powstał już pierwszy, działający układ pamięci tlenko-krzemowej o pojemności jednego kilobajta.
      Tlenek krzemu jest już wykorzystywany prze firmę NuPGA - założoną na bazie patentów inżynierów Rice University - tworząca programowalne macierze bramek. Takie macierze z tlenku krzemu, umieszczone pomiędzy warstwami układów scalonych, pozwalają na programową rekonfigurację połączeń pomiędzy nimi. Szlak dla układów pamięci opartych na tlenku krzemu jest więc już przetarty i - miejmy nadzieję - pojawią się one jak najszybciej na rynku.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...