Вчені виготовили графен за допомогою кухонного блендера та старих газет

Графен часто називають “чудо-матеріалом”, пов’язуючи його з футуристичною електронікою, сучасними акумуляторами, сенсорами та надміцними композитами. Але нове дослідження показує, що виробництво придатних для використання форм цього матеріалу не завжди потребує дорогого обладнання або екзотичних хімічних речовин.

Вчені продемонстрували напрочуд простий підхід, використавши кухонний блендер, водопровідну воду, стару газету та графіт, отриманий з електронних відходів. У роботі, опублікованій у ACS Sustainable Resource Management, дослідники вивчали, чи можна виробляти графен за допомогою спрощеної версії процесу, відомого як рідинно-фазова ексфоліація, замінивши спеціалізовані лабораторні матеріали звичайними побутовими предметами та відходами.

Перетворення електронних відходів на графен

Вихідним матеріалом є графіт — форма вуглецю, що складається з незліченної кількості шарів, складених один на один. Один окремий шар цієї вуглецевої структури — це графен. Графіт часто міститься в електронних пристроях, де тонкі листи можуть виконувати функцію тепловідводів, відводячи тепло від чутливих компонентів. Однак після завершення терміну служби смартфона або ноутбука ці матеріали зазвичай потрапляють у потік електронних відходів, який постійно зростає.

Конор Боланд, доцент кафедри матеріалознавства Дублінського міського університету, пише у статті для The Conversation, що дослідники вивчали, чи можна дати цьому викинутому графіту друге життя. Використовуючи рідинно-фазову ексфоліацію, вони помістили графіт у рідину та застосували механічну енергію, щоб розділити складені разом шари вуглецю. Однак замість спеціалізованого обладнання для обробки вони використали звичайний кухонний блендер. Після цього за допомогою простого кухонного сита вони видалили більші шматки, які не вдалося належним чином подрібнити.

Чому стара газета виявилася корисною

Газета містить целюлозу — структурний матеріал, що міститься в рослинних волокнах. Дослідники промили та розм’якшили викинуту газету у водопровідній воді, а потім подрібнили її до суміші, багатої на волокна. Коли графіт обробляли в цьому розчині, матеріал на основі целюлози допомагав утримувати відокремлені листи графену на відстані один від одного.

Підхід не був ідеальним, але він значно покращив стабільність суміші. Без матеріалу, отриманого з газети, оброблений вуглець осідав у воді протягом кількох хвилин. Із ним розчин залишався придатним для використання протягом кількох годин, а повторно перемішати його можна було простим струшуванням. Для підтвердження того, що графен справді було отримано, все одно знадобилося складне лабораторне обладнання, але сам процес виробництва спирався на напрочуд доступні матеріали.

Нанонаука стає доступнішою

Робота продовжує попередні експерименти, у яких дослідники продемонстрували, що графен можна виробляти з використанням таких матеріалів, як грифель олівця, водопровідна вода, мило, кухонні прилади та кавові фільтри. Це останнє дослідження розвиває цю концепцію далі, ставлячи питання про те, чи можуть як обладнання, так і вихідні матеріали походити з недорогих або викинутих джерел.

У більшості експериментів дослідники використовували комерційно доступний графітовий матеріал для відведення тепла, оскільки один смартфон містить лише невелику кількість графіту. Однак вони також розібрали викинутий телефон і вилучили з нього достатньо графіту, щоб продемонструвати, що реальні електронні відходи також можна переробляти на значно тонші вуглецеві листи. Втім, дослідники не стверджують, що кухонні блендери замінять промислові заводи з виробництва графену.

Це також є цікавим прикладом досліджень матеріалів у межах циркулярної економіки. Вчорашня газета та викинута електроніка можуть допомогти створити матеріал, який використовуватиметься в технологіях майбутнього. У цьому випадку найскладнішою частиною експерименту виявилося не виготовлення графену, а доведення того, що блендер справді зміг це зробити.

Джерело: Interesting Engineering