Glöm kemikalier, katalysatorer och dyra maskiner-ett team av fysiker från Kansas State University har upptäckt ett sätt att massproducera grafen med tre ingredienser:kolvätegas, syre och tändstift.

Deras metod är enkel:Fyll en kammare med acetylen eller etylengas och syre. Använd ett fordonständstift för att skapa en inbyggd detonation. Samla grafen som bildas efteråt.

Chris Sorensen, Cortelyou-Rust universitet, framstående professor i fysik, är den främsta uppfinnaren av det nyligen utfärdade patentet, "Process för högproduktion av grafen via detonering av kolinnehållande material." Andra involverade forskare vid Kansas State University inkluderar Arjun Nepal, postdoktor och fysiklärare, och Gajendra Prasad Singh, tidigare gästforskare.

"Vi har upptäckt en livskraftig process för att göra grafen, "Sa Sorensen." Vår process har många positiva egenskaper, från den ekonomiska genomförbarheten, möjligheten för storskalig produktion och bristen på otäcka kemikalier. Det som kan vara den bästa egenskapen av allt är att energin som krävs för att göra ett gram grafen genom vår process är mycket mindre än andra processer eftersom allt som krävs är en enda gnista. "

Grafen är ett enda atomtjockt ark med sexkantigt samordnade kolatomer, vilket gör det till världens tunnaste material. Eftersom grafen isolerades 2004, forskare har funnit att den har värdefulla fysiska och elektroniska egenskaper med många möjliga tillämpningar, till exempel effektivare laddningsbara batterier eller bättre elektronik.

För Sorensens forskargrupp, den serendipitösa vägen till att skapa grafen började när de utvecklade och patenterade kolsot aerosolgeler. De skapade gelerna genom att fylla en 17-liters aluminiumkammare med acetylengas och syre. Med hjälp av ett tändstift, de skapade en detonation i kammaren. Sot från detonationen bildade aerosolgeler som såg ut som "svart ängelmatstårta, Sa Sorensen.

Men efter ytterligare analys, forskarna fann att aerosolgelen var mer än en mörk ängelmatstårta - den var grafen.

"Vi gjorde grafen av serendipity, "Sa Sorensen." Vi hade inte tänkt göra grafen. Vi planerade att göra aerosolgelen och hade tur. "

Men till skillnad från andra metoder för att skapa grafen, Sorensens metod är enkel, effektiv, låg kostnad och skalbar för industrin.

Andra metoder för att skapa grafen innebär att "tillaga" mineralen grafit med kemikalier - såsom svavelsyra, natriumnitrat, kaliumpermanganat eller hydrazin - under lång tid vid exakt föreskrivna temperaturer. Ytterligare metoder innebär uppvärmning av kolväten till 1, 000 grader Celsius i närvaro av katalysatorer.

Sådana metoder är energikrävande - och till och med farliga - och har lågt utbyte, medan Sorensen och hans teams metod gör större mängder med minimal energi och inga farliga kemikalier.

"Den verkliga charmen med vårt experiment är att vi kan producera grafen i mängden gram snarare än milligram, "Sa Nepal.

Nu har forskargruppen - inklusive Justin Wright, doktorand i fysik, Camp Hill, Pennsylvania — arbetar för att förbättra kvaliteten på grafen och skala laboratorieprocessen till en industriell nivå. De uppgraderar en del av utrustningen för att göra det lättare att få grafen från kammaren sekunder - snarare än minuter - efter detonationen. Snabbare åtkomst till grafen kan förbättra materialets kvalitet, Sa Sorensen.