Углеродные пленки, такие как графен, представляют собой очень легкие, но очень прочные материалы с отличным потенциалом применения, однако их производство может быть сложным, обычно требует больших трудозатрат и длительных стратегий, а методы являются дорогостоящими и неэкологичными.
Для достижения больших объемов производства графена и преодоления трудностей, возникающих при применении существующих методов его извлечения, исследователи из Университета Бен-Гуриона в Негеве (Израиль) разработали «зеленый» метод извлечения графена, который может быть применен в широком спектре областей, включая оптику, электронику, экологию и биотехнологию.
Исследователи использовали механическую дисперсию для извлечения графена из природного минерала стриолита. Они обнаружили, что минерал гипофиллит обладает хорошими перспективами для промышленного производства графена и графеноподобных веществ.
Содержание углерода в гипомфиболе может быть различным. В зависимости от содержания углерода гипомфибол может иметь различный потенциал применения. Некоторые виды могут использоваться благодаря своим каталитическим свойствам, в то время как другие обладают бактерицидными свойствами.
Структурные особенности гипопироксена определяют его применение в окислительно-восстановительных процессах, а также возможность его использования в доменном производстве и производстве ферросплавов, в частности, высококремнистого чугуна.
Благодаря своим физико-механическим свойствам, насыпной плотности, хорошей прочности и износостойкости, гипофиллит также обладает способностью адсорбировать различные органические вещества, поэтому его можно использовать в качестве фильтрующего материала. Он также продемонстрировал способность удалять частицы свободных радикалов, которые могут загрязнять источники воды.
Гипопироксен обладает способностью дезинфицировать и очищать воду от бактерий, спор, простых микроорганизмов и сине-зеленых водорослей. Благодаря своим высоким каталитическим и восстановительным свойствам оксид магния часто используется в качестве адсорбента при очистке сточных вод.
(a) Изображение образца диспергированного гипофиллита, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) при увеличении 13500 и (b) при увеличении 35000. (c) Рамановский спектр обработанного гипофиллита и (d) спектр рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) линии углерода в спектре гипофиллита.
Извлечение графена
Для подготовки образцов горных пород к извлечению графена исследователи использовали сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) для изучения примесей тяжелых металлов и пористости в образцах. Они также применили другие лабораторные методы для проверки общего структурного состава и наличия других минералов в гипомфиболе.
После завершения анализа и подготовки образцов исследователям удалось извлечь графен из диорита, механически обработав образец из Карелии с помощью цифрового ультразвукового очистителя.
Поскольку с помощью этого метода можно обработать большое количество образцов, отсутствует риск вторичного загрязнения, и последующие методы обработки образцов не требуются.
Поскольку исключительные свойства графена широко известны в научном сообществе, было разработано множество методов его получения и синтеза. Однако многие из этих методов представляют собой многоступенчатые процессы или требуют использования химических веществ, а также сильных окислителей и восстановителей.
Несмотря на то, что графен и другие углеродные пленки продемонстрировали большой потенциал применения и достигли относительного успеха в исследованиях и разработках, процессы с использованием этих материалов все еще находятся в стадии разработки. Частично проблема заключается в том, чтобы сделать экстракцию графена экономически эффективной, а это значит, что ключевым моментом является поиск подходящей технологии диспергирования.
Этот метод диспергирования или синтеза трудоемок и неэкологичен, а высокая эффективность таких технологий может привести к дефектам в получаемом графене, что снижает ожидаемое высокое качество графена.
Применение ультразвуковых очистителей в синтезе графена устраняет риски и затраты, связанные с многоступенчатыми и химическими методами. Применение этого метода к природному минералу гипофиллиту открыло путь к новому экологически чистому способу производства графена.
Дата публикации: 04.11.2021
