Härter als ein Diamant, stärker als Stahl, so flexibel wie Gummi und leichter als Aluminium. Dies sind nur einige der Eigenschaften, die Graphen zugeschrieben werden. Obwohl dieses Material in den letzten Jahren großes Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft geweckt hat, gibt es noch keine kostengünstige und nachhaltige Methode für seine hochwertige Herstellung im industriellen Maßstab.
Ein Forschungsteam der Universität Córdoba (UCO) hat gerade veröffentlicht ein neuer Prototyp im Journal Zeitschrift für Chemieingenieurwesen Genau das könnte einen großen Fortschritt in Richtung der großtechnischen Produktion dieses erstmals 2004 synthetisierten Materials darstellen, für das die Verantwortlichen sechs Jahre später einen Nobelpreis erhielten.
Dieses neue technologische Design, das bereits zur Bewertung als Patent angemeldet wurde und auf einem früheren Patent des Teams selbst basiert, steigert die Produktion von Graphen um mehr als 22 %, wobei der Prozess die hohe Qualität beibehält, die das synthetisierte Graphen auszeichnet diese Technologie.
Die Arbeit basiert auf der Plasmatechnologie, einem teilweise ionisierten Gas, das oft als vierter Aggregatzustand bezeichnet wird. Obwohl es natürliche Plasmen wie Blitze und Nordlichter gibt, können sie auch künstlich im Labor erzeugt werden.
Einer seiner großen Vorteile, betonte der Hauptautor der Studie, Francisco Javier Morales, sei, dass „es ein hochenergetisches Medium ist, das in der Lage ist, organische Moleküle sehr leicht abzubauen.“ Konkret nutzte das Team diesen Plasmabrenner, um Ethanol zu zerlegen und die Kohlenstoffatome des Moleküls neu anzuordnen, was zur Entstehung von Graphen führte.
Ein Faradayscher Käfig zur Energieoptimierung
Obwohl dieser Graphen-Syntheseprozess bereits durch das Patent der Gruppe geschützt ist, besteht die neue Innovation der Studie in der starken Steigerung der Graphenproduktion dank der Energieoptimierung des Prozesses.
Wie der Hauptforscher des Teams, Rocío Rincón, erklärte, hatten frühere Studien der Gruppe gezeigt, dass fast 43 % der zugeführten Energie verloren gingen und verschwendet wurden. Dies ist ein klares Beispiel dafür, dass, wie es in der Wissenschaft oft der Fall ist, eine Erkenntnis zur nächsten führt und angewandte Forschung auf den Grundlagen der Grundlagenforschung aufbaut.
Um genau diesen wertvollen Energieverlust zu vermeiden, baute das Forschungsteam um das Plasma herum einen Faradayschen Käfig, ein Metallgeflecht, das als elektromagnetischer Schild fungiert, ähnlich dem, den Mikrowellen verwenden, um das System nach außen zu isolieren. Während auf diese Weise, so die Ergebnisse der Studie, zuvor 4,3 Milligramm Graphen pro Minute und Watt erzeugt wurden, werden mit dieser neuen Abschirmung, die die Plasmaenergie maximal ausnutzt, bei gleicher Zeit und Zeit 5,2 Milligramm produziert Leistung.
Die Studie wurde von der Forschungsgruppe Plasma Innovation Laboratory der Universität Cordoba in Zusammenarbeit mit dem Chemischen Institut für Energie und Umwelt (IQUEMA) durchgeführt, das teilweise für die Bewertung der Qualität des hergestellten Graphens verantwortlich war.
Weitere Informationen:
FJ Morales-Calero et al., Steigerung der Produktion von hochwertigem Graphen-Nanoblattpulver: Der Einfluss der elektromagnetischen Abschirmung der Reaktionskammer auf den TIAGO-Brenner-Plasma-Ansatz, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.155088