Но есть выгода: Графен не обходится дешево. Исключительные механические и химические свойства материала происходят из-за его очень регулярной, шестиугольной структуры, которая напоминает микроскопическую проволочную сетку.
Ученые предпринимают большие усилия в хранении графена в его чистой, безупречной форме, используя процессы, которые являются дорогими и отнимающими много времени, и которые сильно ограничивают практические применения графена.Ища альтернативу, команда из MIT и Гарвардского университета обращается к графеновой окиси – намного более дешевая, несовершенная форма графена.
Графеновая окись – графен, который также покрыт кислородом и водородными группами. Материал по существу, чем становится графен, если это оставляют просидеть в открытой площадке. Команда изготовила наносвитки, сделанные из графеновых хлопьев окиси, и смогла управлять размерами каждого наносвитка, используя и низко – и высокочастотные сверхзвуковые методы.
У свитков есть механические свойства, которые подобны графену, и они могут быть сделаны в доле расходов, говорят исследователи.«Если Вы действительно хотите сделать техническую структуру, в этом пункте это не практично, чтобы использовать графен», говорит Итай Стайн, аспирант в Отделе MIT Машиностроения. «Графеновая окись – два – четыре более дешевые порядка величины, и с нашей техникой, мы можем настроить размеры этой архитектуры и открыть окно для промышленности».
Стайн говорит, что графеновые наносвитки окиси могли также использоваться в качестве сверхлегких химических датчиков, транспортных средств доставки лекарственных средств и водородных платформ хранения, в дополнение к водным фильтрам. Стайн и Карло Амадеи, аспирант в Гарвардском университете, издали их результаты в журнале Nanoscale.
Уход от раздавленного графенаДокумент команды первоначально стал из класса MIT, 2.675 (Микро/Нано Разработка), преподававшим Рохитом Карником, адъюнкт-профессором машиностроения.
Как часть их заключительного проекта, Стайн и Амадеи объединились, чтобы проектировать наносвитки от графеновой окиси. Амадеи, как член лаборатории профессора Чеда Векитиса в Гарвардском университете, работал с графеновой окисью для приложений очистки воды, в то время как Стайн экспериментировал с углеродными нанотрубками и другой наноразмерной архитектурой, как часть группы во главе с Брайаном Вардлом, преподавателем аэронавтики и астронавтики в MIT.«Наша начальная идея состояла в том, чтобы сделать наносвитки для молекулярной адсорбции», говорит Амадеи. «По сравнению с углеродными нанотрубками, которые являются закрытыми структурами, наносвитки – открытые спирали, таким образом, Вы имеете всю эту площадь поверхности в наличии, чтобы управлять».«И Вы можете настроить разделение слоев наносвитка и сделать все виды опрятных вещей с графеновой окисью, которую Вы не можете действительно сделать с нанотрубками и самим графеном», добавляет Стайн.
Когда они смотрели на то, что было сделано ранее в этой области, студенты нашли, что ученые успешно произвели наносвитки из графена, хотя с очень сложными процессами, чтобы сохранять материал чистым. Несколько групп попытались делать то же самое с графеновой окисью, но их попытки были буквально выкачаны.
«Что было там в литературе, больше был похож на раздавленный графен», говорит Стайн. «Вы не можете действительно видеть коническую природу. Не действительно ясно, что было сделано».Разрушающиеся пузыриStein и Amadei сначала использовали общую технику, названную методом Hummer, чтобы разделить хлопья графита на отдельные слои графеновой окиси.
Они тогда поместили графеновые хлопья окиси в решение и стимулировали хлопья, чтобы виться в свитки, используя два аналогичных подхода: низкочастотный ультразвуковой аппарат наконечника и высокочастотный таможенный реактор.Ультразвуковой аппарат наконечника – исследование, сделанное из пьезоэлектрического материала, который дрожит на низкой, частоте на 20 Гц, когда напряжение применено.
Когда помещено в решение, ультразвуковой аппарат наконечника производит звуковые волны, которые вызывают среду, создавая пузыри в решении.Точно так же реактор группы содержит пьезоэлектрический компонент, который связан со схемой.
Поскольку напряжение применено, реакторные встряски – на более высокой, частоте на 390 Гц по сравнению с ультразвуковым аппаратом наконечника – создание пузырей в решении в реакторе.Stein и Amadei применили оба метода к решениям графеновых хлопьев окиси и наблюдали подобные эффекты: пузыри, которые были созданы в решении в конечном счете, разрушились, выпустив энергию, которая заставила хлопья спонтанно виться в свитки.
Исследователи нашли, что они могли настроить размеры свитков, изменив продолжительность лечения и частоту ультразвуковых волн. Более высокие частоты и более короткие отношения не привели к значительному повреждению графеновых хлопьев окиси и произвели большие свитки, в то время как низкие частоты и более длительные времена лечения имели тенденцию раскалывать хлопья обособленно и создавать меньшие свитки.
В то время как начальные эксперименты группы повернули относительно низкое количество хлопьев – приблизительно 10 процентов – в свитки, Стайн говорит, что оба метода могут быть оптимизированы, чтобы произвести более высокие урожаи. Если они могут быть расширены, он говорит, что методы могут быть совместимы с существующими производственными процессами, особенно для очистки воды.
«Если Вы можете сделать это в крупных масштабах, и это дешево, Вы могли бы сделать огромные оптовые образцы фильтров и выбросить их в воде, чтобы удалить все виды загрязнителей», говорит Стайн.