A Rice Egyetem kutatói a legújabb felfedezésükkel két legyet ütnek egy csapásra, második életet adnak az egyébként szeméttelepekre kerülő hulladékoknak, és egyúttal töredékére csökkentik a grafén előállítási költségeit, így a jövőben sokkal több területen lehet majd használni a csodaanyagot.

A módszer neve flash Joule heating: a szén tartalmú kiindulási anyagot elektromos árammal nagyon magas hőmérsékletre, 2730 celsiusfokra melegítik, amitől mindössze tíz ezredmásodperc alatt grafénpelyhek képződnek belőle, a nem-szén alkotóelemek pedig hasznos gázokká, oxigénné vagy nitrogénné alakíthatóak, így semmi nem veszik kárba. Az eddig leggyakrabban alkalmazott grafén előállítási technikához a kémiai gőz lecsapódás módszerét használták: egy kamrába vezették az alapanyagot (általában metánt), majd kémiai reakciók elindításával a keletkező gőz egy vékony szubsztátumra kicsapódva vékony, akár egy atom vékonyságú anyaggá szerveződött. Ez az előállítás azonban lassú és költséges. A másik megoldás a “folyékony hámlasztás” (liquid exfoliation): egy nagy darab grafitot oldószerekkel, vagy akár faragással grafén lemezekre bontanak. Ugyan a végeredmény egy leheletvékony pehely, de még így is zömöknek számít a nanoanyagok között, húsz, de akár ötven grafénrétegből is állhat.

James Tour, a Rice Egyetem professzora viszont felfedezte, hogy az ipari korom (carbon black) lézerrel kezelve szén-felhővé alakul, majd lehűlve grafént alkot.

Loung Xuan Duy, Tour egyik tanítványa ezt a módszert fejlesztette tovább, a lézert elektromosságra cserélve. A négyszáz voltos áramütés (szó szerint, mivel csak kétszáz ezredmásodpercig tart) ragyogó, sárga villanást eredményezett, és máris megszületett a grafén. De nem a hagyományos fajta, egy új típusú változat jött létre: a villám-grafén.

A kihűlő szénatomoknak nagyon kell sietniük, hogy rendezzék a soraikat, de erre nincs elég idejük: mire félkész hálózatot alkotnak, már le is csökkent annyira a hőmérsékletük, hogy szilárd anyag keletkezzen belőlük. A tradicionálisan tökéletes szimmetriájú, mindig rendezett grafit villámváltozata így kicsit szedett vedett állapotú, az egymásra halmozott rétegek különböző szögekben csapódnak egymáshoz, de éppen ez kell a tudósoknak. A rétegek ebben a formában sokkal könnyebben lépnek interakcióba más kompozit anyagokkal, így új felhasználási területeket lehet keresni a szuper-grafén számára.

A villám grafénnek köszönhetően nincsenek többet kátyús utak, szétmálló falak, beázó épület alapozások!

Szólhatna a reklámja az új anyagnak, és még csak nem is túlzó marketingfogásról lenne szó: kutatások kimutatták, hogy a beton grafénnel való megerősítése radikálisan megnövelte az anyag élettartamát. Elég volt az össztömeg 0.05 százalékát villámgrafénre cserélni ahhoz, hogy huszonöt százalékkal növekedjen a szilárdsága. Az aszfalt élettartamát duplájára növeli, a poli-dimetil-xiloxán nevű műanyag teherbírását (melyből például a kontaktlencsék, szilikonspray-k, vagy samponok is készülnek) pedig kétszázötvenszeresére. Ahhoz, hogy teljes autópályákat vagy városnyi utcákat leaszfaltozzanak a megerősített alapanyaggal, esetleg mostantól rendszeresen grafénes betonból épüljenek fel a házak, rengeteg hozzávalóra van szükség, nem elég egy-két nanoméretű lemezt előállítani.

Éppen ez a legnagyobb előnye az új módszernek, szó szerint bármilyen szén tartalmú dolgot fel lehet használni kiindulási alapként, legyen az banánhéj, használt autógumi, kávébab vagy eldobott műanyag.

Ez egy egész speciális formája az újrahasznosításnak, amivel mindenki jól jár. “Lényegében csapdába ejtjük azokat az üvegházhatású gázokat, melyek a rothadó ételekből származnak. Grafénné alakítjuk a szenet, a grafént a betonhoz adjuk, csökkentve ezzel az előállítása során keletkező szén-dioxid mennyiséget. Ez egy környezetvédelmi win-win szituáció. “

(Forrás: news. rice. edu, Fotó: news. rice. edu)