Ända sedan isoleringen av grafen först uppnåddes 2004, det har skett en explosion inom grafenrelaterad forskning och utveckling, med hundratals affärsmöjligheter som producerar grafen för att dra nytta av denna snabbt växande industri. Dock, en ny studie av forskare från National University of Singapore (NUS) har avslöjat ett stort problem - brist på produktionsstandarder har lett till många fall av grafen av dålig kvalitet från leverantörer. Sådana metoder kan hindra forskningens framsteg som i grunden är beroende av användningen av grafen av hög kvalitet.

"Det är alarmerande att upptäcka att producenterna märker svarta pulver som grafen och säljer dem för högsta dollar, medan i verkligheten, de innehåller mestadels billig grafit. Det finns ett starkt behov av att sätta upp strikta standarder för grafenkarakterisering och produktion för att skapa en sund och pålitlig grafenmarknad över hela världen, "sade professor Antonio Castro Neto, Direktör för NUS Center for Advanced 2-D Materials, som ledde studien.

Resultaten av studien publicerades i tidskriften Avancerade material den 13 september 2018.

Hur man berättar en grafenflinga från en grafenfake

Grafen har tippats som framtidens mirakelmaterial på grund av dess anmärkningsvärda egenskaper. Trots att det är det tunnaste materialet på jorden, det är 200 gånger starkare än stål. Med bara en atom tjock, det är också en otrolig elektrisk ledare, men förblir lätt, flexibel, och är transparent. Därför, grafen hittar potentiella tillämpningar i allt från transistorer till biomedicinska enheter, och har till och med föreslagits som ett material för att bygga en hiss till rymden.

Grafen produceras vanligtvis genom att exfoliera grafit, som finns i vanliga blyertsledningar, i ett pulver, sänker detta pulver till en vätska, och sedan separera de minsta grafenflingorna med hjälp av ljudenergi för att vibrera blandningen. Syftet med denna syntes är att producera den tunnaste grafen som är möjlig. Ren grafen skulle bara vara ett atomskikt tjockt, Men International Organization for Standardization (ISO) säger att staplar av grafenflingor upp till tio lager tjocka fortfarande kan bete sig som grafen.

Med detta i åtanke, Prof Castro Neto och hans team satte sig för att utveckla en systematisk och pålitlig metod för att fastställa kvaliteten på grafenprover från hela världen. De kunde uppnå detta genom att använda ett brett spektrum av analytiska tekniker och testade prover från många leverantörer.

Vid analys av prover från över 60 olika leverantörer från Amerika, Asien och Europa, NUS -teamet upptäckte att majoriteten innehöll mindre än 10 procent av vad som kan betraktas som grafenflingor. Huvuddelen av proverna var grafitpulver som inte exfolierades korrekt.

"Huruvida producenter av den förfalskade grafen är medvetna om den dåliga kvaliteten är oklart. Oavsett, bristen på standarder för grafenproduktion ger upphov till dålig kvalitet på materialet som säljs på den öppna marknaden. Detta har stoppat utvecklingen av framtida applikationer, "utarbetade prof Castro Neto.

Grafitpulver och grafen har väldigt olika egenskaper, så all forskning som utfördes under förevändningen att provet var rent grafen skulle ge felaktiga resultat. Dessutom, bara ett av proverna som testades i studien innehöll mer än 40 procent grafen av hög kvalitet. Dessutom, vissa prover var till och med förorenade med andra kemikalier som användes i produktionsprocessen. Dessa fynd innebär att forskare kan slösa bort värdefull tid och pengar på att utföra experiment på en produkt som falskt annonseras.

"Detta är den första studien någonsin för att statistiskt analysera världsproduktionen av grafenflingor. Med tanke på de viktiga utmaningarna relaterade till hälsa, klimat, och hållbarhet som grafen kan lösa, det är avgörande att forskning inte hindras på detta sätt, "förklarade prof. Castro Neto.

Övervinna barriären för grafeninnovation

Med denna upptäckt, och utvecklingen av ett tillförlitligt testförfarande, grafenprover kan nu hållas till en högre standard.

"Vi hoppas att våra resultat kommer att påskynda processen för standardisering av grafen inom ISO eftersom det finns ett stort marknadsbehov för det. Detta kommer att uppmana grafenproducenter över hela världen att förbättra sina metoder för att producera en bättre, korrekt kännetecknad produkt som kan hjälpa till att utveckla verkliga applikationer, "sade prof Castro Neto.

Dessutom, Att testa grafen på ett universellt och standardiserat sätt kan säkerställa enkla kvantitativa jämförelser mellan data från olika laboratorier och användare runt om i världen.