Kolfilmer som grafen är mycket lätta men mycket starka material med utmärkt tillämpningspotential, men kan vara svåra att tillverka, kräver vanligtvis mycket arbetskraft och tidskrävande strategier, och metoderna är dyra och inte miljövänliga.
För att övervinna svårigheterna med att implementera nuvarande extraktionsmetoder har forskare vid Ben Gurionuniversitetet i Negev i Israel, med produktionen av en stor mängd grafen, utvecklat en "grön" grafenextraktionsmetod som kan tillämpas inom ett brett spektrum av områden, inklusive optik, elektronik, ekologi och bioteknik.
Forskare använde mekanisk dispersion för att utvinna grafen från det naturliga mineralet striolit. De fann att mineralet hypofyllit har goda möjligheter att producera grafen och grafenliknande ämnen i industriell skala.
Kolhalten i hypomfibol kan variera. Beroende på kolhalten kan hypomfibol ha olika tillämpningspotentialer. Vissa typer kan användas för sina katalytiska egenskaper, medan andra typer har bakteriedödande egenskaper.
Hypopyroxens strukturella egenskaper avgör dess tillämpning i oxidations-reduktionsprocessen, och det kan också användas för masugnsproduktion och ferrolegeringsproduktion av gjutjärn (med hög kiselhalt).
Tack vare sina fysikaliska och mekaniska egenskaper, skrymdensitet, goda hållfasthet och slitstyrka har hypofyllit också förmågan att adsorbera en mängd olika organiska ämnen, så det kan faktiskt användas som filtermaterial. Det har också visat förmågan att eliminera fria radikalpartiklar som kan förorena vattenkällor.
Hypopyroxen visar förmågan att desinficera och rena vatten från bakterier, sporer, enkla mikroorganismer och blågröna alger. På grund av sina höga katalytiska och reducerande egenskaper används magnesia ofta som adsorbent för avloppsrening.
(a) X13500-förstoring och (b) X35000-förstoring TEM-bild av det dispergerade hypofyllitprovet. (c) Ramanspektrum för den behandlade hypofylliten och (d) XPS-spektrum för kollinjen i hypofyllitspektrumet
Grafenutvinning
För att förbereda bergarterna för grafenutvinning använde de två ett svepelektronmikroskop (SEM) för att undersöka tungmetallföroreningar och porositet i proverna. De tillämpade också andra laboratoriemetoder för att kontrollera den allmänna strukturella sammansättningen och förekomsten av andra mineraler i hypomfibolen.
Efter att provanalysen och beredningen var klar kunde forskarna utvinna grafen från dioriten efter att ha mekaniskt bearbetat provet från Karelen med hjälp av en digital ultraljudsrengörare.
Eftersom ett stort antal prover kan bearbetas med denna metod finns det ingen risk för sekundär kontaminering, och efterföljande provbearbetningsmetoder krävs inte.
Eftersom grafens extraordinära egenskaper har blivit allmänt kända inom den bredare vetenskapliga forskarvärlden har många produktions- och syntesmetoder utvecklats. Många av dessa metoder är dock antingen flerstegsprocesser eller kräver användning av kemikalier och starka oxidations- och reduktionsmedel.
Även om grafen och andra kolfilmer har visat stor tillämpningspotential och uppnått relativ framgång inom forskning och utveckling, är processerna som använder dessa material fortfarande under utveckling. En del av utmaningen är att göra grafenutvinning kostnadseffektiv, vilket innebär att det är nyckeln att hitta rätt dispersionsteknik.
Denna dispersions- eller syntesmetod är mödosam och miljöovänlig, och styrkan hos dessa tekniker kan också orsaka defekter i den producerade grafenen, vilket minskar den förväntade utmärkta kvaliteten på grafen.
Användningen av ultraljudsrengörare vid grafensyntes eliminerar riskerna och kostnaderna som är förknippade med flerstegs- och kemiska metoder. Genom att tillämpa denna metod på det naturliga mineralet hypofyllit banades väg för ett nytt miljövänligt sätt att producera grafen.
Publiceringstid: 4 november 2021
