En forskargrupp ledd av National University of Singapore (NUS) har utvecklat en ekonomisk och industriellt gångbar strategi för att producera grafen. Den nya tekniken tar itu med den mångåriga utmaningen med en effektiv process för storskalig produktion av grafen, och banar väg för hållbar syntes av materialet.

Grafen är ett tvådimensionellt material med en bikakestruktur på endast en atom tjock. Dubbat som framtidens material, grafen uppvisar unika elektroniska egenskaper som potentiellt kan användas för ett brett spektrum av applikationer som pekskärmar, ledande bläck och snabbladdningsbatterier. Svårigheten att producera högkvalitativt grafen överkomligt i stor skala, dock, fortsätter att utgöra ett hinder för dess utbredda användning av industrier.

Den konventionella metoden för att producera grafen använder ljudenergi eller skjuvkrafter för att exfoliera grafenlager från grafit, och sedan dispergera skikten i stora mängder organiskt lösningsmedel. Eftersom otillräckligt med lösningsmedel gör att grafenskikten åter fäster sig till grafit, För att ge ett kilo grafen krävs för närvarande minst ett ton organiskt lösningsmedel, gör metoden kostsam och miljöovänlig.

Tillverkar grafen med 50 gånger mindre lösningsmedel

Det NUS-ledda utvecklingsforskningsteamet, å andra sidan, använder upp till 50 gånger mindre lösningsmedel. Detta uppnås genom att exfoliera förbehandlad grafit under ett mycket alkaliskt tillstånd för att utlösa flockning, en process där grafenskikten kontinuerligt samlas för att bilda grafenuppslamning utan att behöva öka volymen lösningsmedel. Metoden introducerar också elektrostatiska frånstötande krafter mellan grafenlagren och hindrar dem från att åter fästa sig själva.

Den resulterande grafenuppslamningen kan enkelt separeras i monolager vid behov eller förvaras borta i månader. Uppslamningen kan också användas direkt för att 3D-printa ledande grafenaerogeler, ett ultralätt svampliknande material som kan användas för att avlägsna oljespill i havet.

Professor Loh Kian Ping från Institutionen för kemi vid NUS Naturvetenskapliga fakulteten som också är chef för 2-D materialforskning vid NUS Center for Advanced 2-D Materials ledde forskningen. Han sa, "Vi har framgångsrikt visat en unik peelingstrategi för framställning av högkvalitativ grafen och dess kompositer. Vår teknik, som ger ett högt utbyte av kristallint grafen i form av en koncentrerad slurry med en betydligt mindre volym lösningsmedel, är en attraktiv lösning för industrier att utföra storskalig syntes av detta lovande material på ett kostnadseffektivt och hållbart sätt."