Ta razvoj ponuja bolj okolju prijazno alternativo tradicionalnemu rudarjenju grafita. Grafenov oksid je izjemno uporaben nanomaterial, ki ima široko paleto aplikacij v različnih industrijah, vključno z električnimi vozili. »Prihodnost avtomobilske industrije temelji na baterijsko napajanih sistemih, vprašanje pa je, od kod bo prišel grafit? Potrebne bodo alternative,« je poudaril profesor Richard Olsson, ki je vodil raziskavo.
GO se običajno pridobiva iz rudarskega grafita, ta postopek pa pogosto vključuje uporabo agresivnih kemikalij in lahko povzroči nedoslednosti v končnem izdelku.
Luščenje ogljikovih vlaken
Metoda raziskovalcev s KTH rešuje te težave z uporabo splošno dostopnih ogljikovih vlaken kot osnovnega materiala. Ekipa je to dosegla z eksfoliacijo (luščenjem) ogljikovih vlaken s pomočjo dušikove kisline. Ta postopek omogoča pridobivanje velikih količin enoatomskih plasti grafenovega oksida, katerih lastnosti so primerljive s komercialno dostopnim grafenovim oksidom, pridobljenim z rudarjenjem.
Raziskovalci so postopek uspešno izvedli z ogljikovimi vlakni, pridobljenimi iz poliakrilonitrila (PAN), ki je široko dostopen polimer. To nakazuje, da bi lahko metodo prilagodili tudi drugim virom, kot so biomasa ali stranski proizvodi gozdarske industrije. »Osnova delovanja grafitnih baterij se nahaja v slojih grafena, ki jih je mogoče pridobiti iz komercialnih ogljikovih vlaken s to metodo,« je dodal Olsson.
Inovativni postopek vključuje elektrokemično oksidacijo v kopeli iz vode in dušikove kisline. »Ta kopel deluje kot prevodnik, in ko skozi ogljikova vlakna steče električni tok, material začne izgubljati elektrone, kar spremeni površino na podoben način, kot oksidacija povzroči rjo na avtomobilu,« je ekipa pojasnila v sporočilu za javnost.
Ta reakcija spremeni površino materiala in povzroči luščenje nanoslojev grafenovega oksida. Raziskava je pokazala, da je bila optimalna koncentracija dušikove kisline 5-odstotna raztopina, ki je ustvarila nanosloje velikosti od 0,1 do 1 mikrometra in enotne debeline približno 0,9 nanometra.
Zanimivo je, da so ti GO nanosloji imeli kroglaste in eliptične oblike, za razliko od običajno večkotnih oblik, ki jih vidimo pri GO iz rudarskega grafita.
»V primerjavi z obstoječimi sintetičnimi metodami novi pristop omogoča visok izkoristek – 200 miligramov GO na gram ogljikovih vlaken,« je zapisano v sporočilu za javnost. »Ta učinkovitost pretvorbe omogoča uporabo metode v velikoserijski proizvodnji, kar rešuje enega ključnih izzivov pri sintezi nanomaterialov.«
Raziskovalci so uporabili napredne tehnike za analizo lastnosti in strukture sintetiziranih nanoslojev ter potrdili njihovo kakovost. Prav tako so razvili učinkovite metode za odstranjevanje zaščitnih polimernih premazov s komercialnih ogljikovih vlaken pred oksidacijo.
»V raziskavi so preizkusili metode odstranjevanja zaščitnih polimernih premazov, pri čemer sta se kot učinkoviti izkazali dve tehniki: segrevanje pri 580 °C dve uri in hitra termična obdelava pri 1200 °C za tri sekunde,« so zaključili raziskovalci.
Vir: KTH
