Uhlíkové filmy, ako napríklad grafén, sú veľmi ľahké, ale zároveň veľmi pevné materiály s vynikajúcim aplikačným potenciálom, ich výroba však môže byť náročná, zvyčajne si vyžaduje veľa pracovnej sily a časovo náročné stratégie a tieto metódy sú drahé a nie sú šetrné k životnému prostrediu.
Vzhľadom na produkciu veľkého množstva grafénu a s cieľom prekonať ťažkosti pri implementácii súčasných extrakčných metód, vyvinuli výskumníci z Ben Gurionovy univerzity v Negeve v Izraeli „zelenú“ metódu extrakcie grafénu, ktorú možno uplatniť v širokej škále oblastí vrátane optiky, elektroniky, ekológie a biotechnológie.
Výskumníci použili mechanickú disperziu na extrakciu grafénu z prírodného minerálu striolit. Zistili, že minerál hypofylit vykazuje dobré predpoklady na výrobu grafénu a látok podobných grafénu v priemyselnom meradle.
Obsah uhlíka v hypofíbole sa môže líšiť. V závislosti od obsahu uhlíka môže mať hypofíbol rôzne aplikačné možnosti. Niektoré typy sa môžu použiť pre svoje katalytické vlastnosti, zatiaľ čo iné typy majú baktericídne vlastnosti.
Štrukturálne vlastnosti hypopyroxénu určujú jeho použitie v oxidačno-redukčnom procese a možno ho použiť aj na výrobu vysokých pecí a ferozliatin liatej liatiny (s vysokým obsahom kremíka).
Vďaka svojim fyzikálnym a mechanickým vlastnostiam, objemovej hmotnosti, dobrej pevnosti a odolnosti voči opotrebovaniu má hypofylit tiež schopnosť adsorbovať rôzne organické látky, takže ho možno skutočne použiť ako filtračný materiál. Preukázal tiež schopnosť eliminovať častice voľných radikálov, ktoré môžu kontaminovať vodné zdroje.
Hypopyroxén vykazuje schopnosť dezinfikovať a čistiť vodu od baktérií, spór, jednoduchých mikroorganizmov a modrozelených rias. Vďaka svojim vysokým katalytickým a redukčným vlastnostiam sa magnézia často používa ako adsorbent na čistenie odpadových vôd.
(a) Zväčšenie 13 500-násobku a (b) TEM snímka dispergovanej vzorky hypofylitu pri 35 000-násobnom zväčšení. (c) Ramanovo spektrum upraveného hypofylitu a (d) XPS spektrum uhlíkovej čiary v spektre hypofylitu
Extrakcia grafénu
Na prípravu hornín na extrakciu grafénu použili obaja skenovací elektrónový mikroskop (SEM) na preskúmanie nečistôt ťažkých kovov a pórovitosti vo vzorkách. Použili aj ďalšie laboratórne metódy na kontrolu celkového štrukturálneho zloženia a prítomnosti ďalších minerálov v hypofíbole.
Po dokončení analýzy a prípravy vzorky boli výskumníci schopní extrahovať grafén z dioritu po mechanickom spracovaní vzorky z Karélie pomocou digitálneho ultrazvukového čističa.
Keďže touto metódou je možné spracovať veľké množstvo vzoriek, neexistuje riziko sekundárnej kontaminácie a následné metódy spracovania vzoriek nie sú potrebné.
Keďže mimoriadne vlastnosti grafénu sú všeobecne známe v širšej vedeckej komunite, bolo vyvinutých mnoho metód výroby a syntézy. Mnohé z týchto metód sú však buď viacstupňové procesy, alebo vyžadujú použitie chemikálií a silných oxidačných a redukčných činidiel.
Hoci grafén a iné uhlíkové filmy preukázali veľký aplikačný potenciál a dosiahli relatívny úspech vo výskume a vývoji, procesy využívajúce tieto materiály sú stále vo vývoji. Súčasťou výzvy je dosiahnuť nákladovú efektívnosť extrakcie grafénu, čo znamená, že kľúčom je nájdenie správnej disperznej technológie.
Táto disperzná alebo syntetická metóda je prácna a šetrná k životnému prostrediu a sila týchto technológií môže tiež spôsobiť chyby vo vyrobenom graféne, čím sa znižuje očakávaná vynikajúca kvalita grafénu.
Použitie ultrazvukových čističiek pri syntéze grafénu eliminuje riziká a náklady spojené s viacstupňovými a chemickými metódami. Aplikácia tejto metódy na prírodný minerál hypofylit vydláždila cestu pre nový ekologický spôsob výroby grafénu.
Čas uverejnenia: 4. novembra 2021
