Ученые изготовили графен с помощью кухонного блендера и старых газет

Графен часто называют «чудо-материалом», связывая его с футуристической электроникой, современными аккумуляторами, датчиками и сверхпрочными композитами. Но новое исследование показывает, что изготовление пригодных для использования форм из этого материала не всегда требует дорогостоящего оборудования или экзотических химических веществ.

Учёные продемонстрировали удивительно простой подход, использовав кухонный блендер, водопроводную воду, старую газету и графит, полученный из электронных отходов. В работе, опубликованной в журнале ACS Sustainable Resource Management, исследователи изучали, можно ли производить графен с помощью упрощённой версии процесса, известного как жидкофазная эксфолиация, заменив специализированные лабораторные материалы обычными бытовыми предметами и отходами.

Преобразование электронных отходов в графен

Исходным материалом является графит — форма углерода, состоящая из бесчисленного количества слоев, уложенных друг на друга. Один отдельный слой этой углеродной структуры — это графен. Графит часто встречается в электронных устройствах, где тонкие листы могут выполнять функцию теплоотводов, отводя тепло от чувствительных компонентов. Однако по истечении срока службы смартфона или ноутбука эти материалы, как правило, попадают в постоянно растущий поток электронных отходов.

Конор Боланд, доцент кафедры материаловедения Дублинского городского университета, пишет в статье для The Conversation, что исследователи изучали, можно ли дать этому выброшенному графиту вторую жизнь. Используя жидкофазную эксфолиацию, они поместили графит в жидкость и применили механическую энергию, чтобы разделить сложенные друг на друга слои углерода. Однако вместо специализированного оборудования для обработки они использовали обычный кухонный блендер. После этого с помощью простого кухонного сита они удалили более крупные куски, которые не удалось должным образом измельчить.

Почему старая газета оказалась полезной

Газета содержит целлюлозу — структурный материал, входящий в состав растительных волокон. Исследователи промыли и размочили выброшенную газету в водопроводной воде, а затем измельчили её в смесь, богатую клетчаткой. Когда графит обрабатывали в этом растворе, материал на основе целлюлозы помогал удерживать отдельные листы графена на расстоянии друг от друга.

Подход не был идеальным, но он значительно улучшил стабильность смеси. Без материала, полученного из газеты, обработанный углерод оседал в воде в течение нескольких минут. С ним раствор оставался пригодным для использования в течение нескольких часов, а перемешать его можно было еще раз простым встряхиванием. Чтобы подтвердить, что графен действительно был получен, всё же потребовалось сложное лабораторное оборудование, но сам процесс производства основывался на удивительно доступных материалах.

Нанонаука становится более доступной

Данная работа является продолжением предыдущих экспериментов, в ходе которых исследователи продемонстрировали, что графен можно получать с использованием таких материалов, как грифель карандаша, водопроводная вода, мыло, кухонные приборы и кофейные фильтры. В этом последнем исследовании данная концепция развивается дальше, и поднимается вопрос о том, могут ли как оборудование, так и исходные материалы происходить из недорогих или выброшенных источников.

В большинстве экспериментов исследователи использовали коммерчески доступный графитовый материал для отвода тепла, поскольку один смартфон содержит лишь небольшое количество графита. Однако они также разобрали выброшенный телефон и извлекли из него достаточно графита, чтобы продемонстрировать, что из реальных электронных отходов также можно производить значительно более тонкие углеродные листы. Впрочем, исследователи не утверждают, что кухонные блендеры заменят промышленные заводы по производству графена.

Это также является интересным примером исследований материалов в рамках циркулярной экономики. Вчерашняя газета и выброшенная электроника могут помочь создать материал, который будет использоваться в технологиях будущего. В данном случае самой сложной частью эксперимента оказалось не изготовление графена, а доказательство того, что блендер действительно способен это сделать.

Источник: Interesting Engineering