Кога графенските слоеви се наредени еден врз друг, тие формираат графит. Еден милиметар графит содржи приближно 3 милиони слоеви графен. Лесен потег на молив на хартија остава траги кои може да бидат само неколку слоеви или дури и еден слој графен. Благодарение на својата совршена дво-димензионална структура, служи како функционален додаток во многу иновативни производи.
Кога зборуваме за графен, најпознатото спомнување е несомнено Нобеловата награда за физика во 2010 година, која ја споделија двајца научници за нивното револуционерно истражување за графенот. Неодамна, Универзитетот Фудан објави дека неговите истражувачи, во соработка со оние од Националниот универзитет во Сингапур, развиле сосема-нов, високо-ефикасен метод за подготовка на графен чија основна технологија може лесно да се зголеми за индустриско производство.
Имено, истражувачкиот тим зазеде пристап сосема спротивен на традиционалниот пат на објавување трудови прво, а потоа соработка со претпријатија. Тие постигнаа иновативни резултати во 2013 година, поднесоа патент во 2014 година, го пренесоа патентот на домашно претпријатие во 2015 година, а своите наоди ги објавија само онлајн воПриродата комуникациина 8 јануари. Лу Хонгбин, еден од лидерите на тимот од Одделот за макромолекуларна наука и Државната клучна лабораторија за молекуларно инженерство на полимери на Универзитетот Фудан, со насмевка рече: „Добрите работи вреди да се чекаат; тие често излегуваат подобри по некое време да созреат“.
Слика од електронска микроскопија со преносна атомска резолуција (а), спектар на Раман (б), спектар на спектроскопија на фотоелектронски рендгенски зраци (в) и слика со микроскопска атомска сила со големи размери (г) на како што е подготвен графен; парцели на дистрибуција на дебелина на графен (д) и статистика за странична големина (ѓ).
Фотографија од Донг Леи
Малкумина сфаќаат дека графенот не е само име на списокот на Нобеловата награда - тој веќе е тесно интегриран во секојдневниот живот. Природно постои во светот, иако изолирањето на еднослоен-графен не е лесна задача. Наредени слој по слој, графенот формира графит, при што 1 милиметар графит содржи околу 3 милиони слоеви графен. Ознаката со молив на хартија може да биде неколку, па дури и само еден слој графен. Поради својата идеална 2D структура, делува како функционален додаток во различни иновативни производи:
· Додадено на специјални полимерни облоги, го продолжува работниот век преку одлични бариерни својства;
· Се користи како спроводлив агенс во батериите, неговата 2D структура го олеснува побрз транспорт на електрони, во голема мера ја зголемува брзината на полнење;
· Вграден во влакна и електрични уреди за греење, неговата исклучителна електрична и топлинска спроводливост значително ги подобрува перформансите на производот.
Со оглед на неговата огромна вредност, подобрите методи на подготовка станаа конкурентна цел и за академската и за индустријата. Двајца научници од Универзитетот во Манчестер - Андре Геим и Константин Новоселов - открија извонредно едноставен начин да се добијат сè потенки графитни снегулки. Тие излупеа снегулки од високо ориентиран пиролитички графит, ги прикачија двете страни на специјална леплива лента и ги разделија снегулките со кинење на лентата. Повторувањето на овој процес даваше потенки и потенки листови, што на крајот резултираше со снегулки составени од само еден слој јаглеродни атоми: графен. Оттогаш, се појавија бројни нови методи на подготовка, а по пет години развој, индустриското-производство на графен беше на дофат.
Професорот Лу Хонгбин на графенот му даде три титули „најдобри на светот“:
· Најтенок познат материјал, со дебелина од само 0,335 нанометри;
· Најсилниот материјал, 100 пати посилен од челикот;
·Најдобар термопроводник, повеќе од 10 пати повисок од среброто.
Покрај тоа, графенот има исклучително висока подвижност на електроните, два реда по големина поголема од силициумот. Како важен стратешки материјал што се појавува, овој нов 2D материјал има огромен потенцијал за примена во паметната опрема, воздушната, складирањето енергија, санирањето на животната средина и многу други полиња.
Сепак, постигнувањето ефикасно-производство на високо-квалитетен графен одамна е клучно тесно грло што ја ограничува неговата широка примена.
Графенот постои природно, а идеалната стратегија за подготовка е да се ексфолира природниот графит од снегулки во графен во специфичен течен растворувач. Со други зборови, бидејќи графенот е хидрофобен, во течноста мора да се додадат големи количини на сурфактанти за време на ексфолијацијата, инаку одвојувањето е речиси невозможно. Конвенционалните методи обично бараат 3 тони оксиданти како што е калиум перманганат за да се произведе 1 тон графен, претворајќи го во графен оксид пред ексфолијација и редукција. Овој процес генерира големи количини на отпадна вода од оксидација, редукција и чистење, а исто така деградира некои уникатни својства на графенот.
Како истражувачкиот тим ги надмина овие предизвици? Тие усвоија стратегија за нестабилна дисперзија со воведување на екстремно мала количина на јонизиран кислород-кој содржи функционални групи на површините на графен, овозможувајќи брза ексфолијација со висок-принос при ултра-високи концентрации. Над 90% од ексфолираниот производ е еднослоен-графен со минимални дефекти на решетката, што ефикасно ги решава проблемите со складирањето и транспортот за-големи апликации. Понатаму, водената графенска кашеста маса произведена со овој метод покажува поволни реолошки својства и може директно да се користи за 3Д-печатење на графенски аерогели со различни форми, отворајќи нови патишта за апликации на графен во складирање енергија, третман на животната средина, мултифункционални композити и пошироко.
