I en utveckling som kan leda till nya kolkompositer och pekskärmar, forskare från Rice University och Technion-Israel Institute of Technology avtäckte idag en ny metod för att producera bulkkvantiteter av enatomtjocka ark av kol som kallas grafen.

Forskningen finns tillgänglig online i tidskriften Naturens nanoteknik .

När de staplas ihop, grafenark gör grafit, som har använts som blyertspenna i hundratals år. Det var inte förrän 2004 som fristående ark av grafen först karakteriserades med moderna nanoteknologiska instrument. Sedan dess, grafen har blivit föremål för intensiv granskning av materialforskare, delvis för att den är både ultrastark och mycket ledande.

"Det finns metoder med hög genomströmning för att göra grafenoxid, som inte är lika ledande som grafen, och det finns metoder med låg genomströmning för att göra ren grafen, " sa huvudförfattaren Matteo Pasquali, professor i kemisk och biomolekylär teknik och kemi vid Rice. "Vår metod ger mycket rent material, och den är baserad på bulkvätskebearbetningstekniker som länge har använts av den kemiska industrin."

Pasquali sa att forskargruppen fann att det kunde lösa grafit i klorsulfonsyra, ett vanligt industriellt lösningsmedel. Forskarna var tvungna att ta fram nya metoder för att mäta aggregationen av de lösta grafenflingorna, men i slutet blev teamet glatt överraskade när de upptäckte att de individuella grafenlagren i grafiten skalade isär spontant. Teamet kunde lösa upp så mycket som två gram grafen per liter syra för att producera lösningar minst 10 gånger mer koncentrerade än befintliga metoder.

Forskarna drog fördel av nya kryogena tekniker för elektronmikroskopi som gjorde det möjligt för dem att direkt avbilda grafenarken i klorsulfonsyran.

"Vi tillämpade nya metoder som vi hade utvecklat för att direkt avbilda kolnanorör i syra, " sa medförfattaren Yeshayahu "Ishi" Talmon, professor i kemiteknik vid Technion-Israel Institute of Technology. "Detta var ingen liten bedrift med tanke på syrans beskaffenhet och svårigheten att preparera och avbilda prover."

Med hjälp av de koncentrerade lösningarna av löst grafen, forskarna gjorde genomskinliga filmer som var elektriskt ledande. Sådana filmer kan vara användbara för att göra pekskärmar som är billigare än de som används i dagens smarta telefoner. Dessutom, forskarna producerade också flytande kristaller.

"Om du kan göra flytande kristaller, du kan snurra fibrer, " sa studiens medförfattare James Tour, Rice's T.T. och W.F. Chao professor i kemi. "I flytande kristaller, de enskilda arken anpassar sig till domäner, och att ha ett visst mått av inriktning gör att du kan flöda materialet genom smala öppningar för att skapa fibrer."

Om metoden visar sig användbar för att tillverka grafenfibrer i bulk, det kan sänka kostnaden för de ultrastarka kolkompositer som används i flyg- och rymdindustrin, fordons- och byggindustrin.