Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Η ερευνητική ομάδα έχει αναπτύξει μια αναπαραγώγιμη και επεκτάσιμη μέθοδο για την παραγωγή νανοφύλλων οξειδίου του γραφενίου (graphene oxide, GO) από εμπορικές ίνες άνθρακα, σηματοδοτώντας μια σημαντική ανακάλυψη στη σύνθεση νανοϋλικών.

Η διαδικασία περιλαμβάνει την απολέπιση ινών άνθρακα με νιτρικό οξύ, το οποίο παρέχει μεγάλες ποσότητες φύλλων οξειδίου γραφενίου πάχους ενός ατόμου με χαρακτηριστικά συγκρίσιμα με τα εμπορικά διαθέσιμα οξείδια του γραφενίου που προέρχονται από εξορυσσόμενο γραφίτη.

Το οξείδιο του γραφενίου είναι ένα ευρέως μελετημένο νανοϋλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μπαταρίες αυτοκινήτων, όταν τα λεπτά φύλλα του στοιβάζονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας στρώματα παρόμοια με του γραφίτη. Είναι επίσης χρήσιμο σε σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης, στον καθαρισμό του νερού και σε ηλεκτρονικές συσκευές.

Ωστόσο, η σύνθεση του οξειδίου του γραφενίου από εξορυσσόμενο γραφίτη απαιτεί δύσκολα διαχειρίσιμες χημικές ουσίες και συχνά οδηγεί σε ασυνέπειες στα υλικά λόγω διακυμάνσεων στην καθαρότητα του γραφίτη.

Ο Richard Olsson, καθηγητής στο KTH, λέει ότι η απόδειξη της ιδέας πραγματοποιήθηκε με ίνες άνθρακα που προέρχονται από πολυακρυλονιτρίλιο (PAN), ένα ευρέως διαθέσιμο πολυμερές που υφίσταται οξείδωση και γραφιτοποίηση σε υψηλή θερμοκρασία. Ο Olsson είπε ότι η μέθοδος θα μπορούσε να επαναληφθεί με άλλες πηγές πρώτων υλών, όπως ακατέργαστες πηγές (βιομάζα ή τα υποπροϊόντα της δασικής βιομηχανίας).

Ο Olsson επισημαίνει την αγορά μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων ως αγορά που μπορεί να επωφεληθεί από τη νέα τεχνολογία. «Ο πυρήνας της λειτουργικότητας του γραφίτη στις μπαταρίες εστιάζεται στο διαστρωματωμένο γραφένιο στο εσωτερικό τους, το οποίο μπορεί να συλλεχθεί από εμπορικές ίνες άνθρακα χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο».

«Το μέλλον της αυτοκινητοβιομηχανίας θα βασίζεται στην ενέργεια που παράγεται από μπαταρίες και το ερώτημα είναι από πού θα προέρχεται ο γραφίτης. Θα χρειαστούν λύσεις εναλλακτικές της εξόρυξης».

Η μέθοδος συνίσταται στον μετασχηματισμό ινων άνθρακα, χρησιμοποιώντας τη διαδικασία της ηλεκτροχημικής οξείδωσης σε ένα λουτρό νερού και νιτρικού οξέος. Το λουτρό λειτουργεί ως αγωγός και όταν στέλνεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσω των ινών άνθρακα, το υλικό χάνει ηλεκτρόνια, τα οποία μεταμορφώνουν την επιφάνεια σχεδόν με τον ίδιο τρόπο που η οξείδωση εμφανίζεται ως σκουριά σε ένα μέταλλο. Σε αυτή την περίπτωση, ο μετασχηματισμός αναγκάζει τα στρώματα οξειδίου του γραφενίου, τα οποία βρίσκονται σε νανοκλίμακα, να αποκολληθούν από την επιφάνεια των ινών άνθρακα.

Η μελέτη ανακάλυψε ένα παράθυρο παραμέτρων λειτουργίας, όπου μόλις 5% νιτρικό οξύ ήταν ιδανικό για τη δημιουργία αυτών των μικροσκοπικών νανοφύλλων, με μέγεθος από 0,1 έως 1mμ και με ομοιόμορφο πάχος περίπου 0,9nm.

Τα νανοφύλλα οξειδίου του γραφενίου που συντέθηκαν με αυτόν τον τρόπο είχαν τη μορφή ελλειπτικών και κυκλικών σχημάτων, σε αντίθεση με τα πολυγωνικά σχήματα που παρουσιάζει το οξείδιο του γραφενίου όταν συντίθεται από φυσικό, εξορυσσόμενο γραφίτη. Σε σύγκριση με τις υπάρχουσες συνθετικές μεθόδους, η νέα προσέγγιση παρέχει υψηλή απόδοση, φτάνοντας τα 200 mgr οξειδίου του γραφενίου ανά γραμμάριο ινών άνθρακα. Η συγκεκριμένη απόδοση παραγωγής καθιστά τη μέθοδο βιώσιμη για παραγωγή μεγάλης κλίμακας, αντιμετωπίζοντας μια βασική πρόκληση στη σύνθεση νανοϋλικών.

Για να διασφαλιστεί ότι τα νανοφύλλα οξειδίου του γραφενίου πληρούν τα πρότυπα ποιότητας, οι ερευνητές εξέτασαν και μέτρησαν τις ιδιότητες και τη δομή του υλικού με μια σειρά προηγμένων τεχνικών.

Η μελέτη διερεύνησε επίσης μεθόδους για την αφαίρεση προστατευτικών πολυμερών επικαλύψεων από ίνες άνθρακα του εμπορίου πριν από την οξείδωση, δοκιμάζοντας θέρμανση στους 580°C για δύο ώρες και θέρμανση στους 1200°C για τρία δευτερόλεπτα. Και οι δύο εναλλακτικές αποδείχθηκαν αποτελεσματικές.

Η έρευνα απέδειξε επίσης ότι η φύση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας εντός των ινών άνθρακα παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαδικασία ηλεκτροχημικής απολέπισης. Ο Olsson ανέφερε ότι το επόμενο βήμα για την έρευνα περιλαμβάνει τη διερεύνηση πηγών βιολογικής βάσης για τη λήψη ινών άνθρακα ως πρώτη ύλη.

Με πληροφορίες από innovationnewsnetwork.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR