Графен часто называют «чудо-материалом» будущего — его связывают с электроникой нового поколения, батареями, сенсорами и сверхпрочными композитами. Новое исследование показывает, что полезные формы этого материала можно получать куда проще, чем принято считать.
Учёные продемонстрировали низкотехнологичный способ производства графена с помощью обычного кухонного блендера, водопроводной воды, старых газет и графита, извлечённого из электронного мусора. Работа опубликована в журнале ACS Sustainable Resource Management.
От электронного хлама к тонким слоям углерода
Исходный материал — графит, состоящий из множества слоёв углерода. Один такой слой и есть графен. В электронике тонкие графитовые листы часто используют как теплоотводы: они отводят тепло от чувствительных компонентов. Когда телефон или ноутбук выходят из строя, эти материалы обычно просто отправляются в растущий поток электронных отходов.
Конор Боланд (Conor Boland), доцент кафедры материаловедения Дублинского городского университета, и коллеги проверили, можно ли дать этому графиту вторую жизнь. Они применили жидкофазную эксфолиацию: поместили графит в жидкость и с помощью механической энергии разделили слои. Вместо специализированного лабораторного оборудования использовали обычный кухонный блендер, а крупные неразделившиеся куски отсеивали простым кухонным ситом.
Зачем понадобились старые газеты
Газетная бумага содержит целлюлозу — структурный материал растительных волокон. Исследователи промыли и размягчили ненужные газеты в водопроводной воде, а затем взбили их в богатую волокнами смесь. Когда графит обрабатывали в этом растворе, целлюлозные волокна помогали удерживать уже разделённые листы графена на расстоянии друг от друга.
Разделить графит на тонкие слои — только половина задачи. Без стабилизаторов листы быстро слипаются обратно. Обычно для этого применяют специальные растворители или химические добавки. Здесь роль стабилизатора сыграли волокна из старых газет.
Метод не идеален, но заметно улучшил устойчивость смеси. Без газетной добавки обработанный углерод оседал из воды за считанные минуты. С ней раствор оставался пригодным к использованию несколько часов и легко перемешивался повторным встряхиванием.
Наука становится доступнее
Исследование продолжает более ранние эксперименты той же группы, в которых графен получали с помощью грифеля карандаша, воды, мыла, кухонной техники и кофейных фильтров. Теперь учёные пошли дальше: и оборудование, и исходные материалы взяли из недорогих или отработанных источников.
Для большинства опытов использовали коммерческий графитовый теплоотводящий материал — в одном смартфоне графита слишком мало. Но исследователи также разобрали выброшенный телефон и показали, что реальный электронный мусор тоже можно превратить в гораздо более тонкие углеродные слои.
Авторы не предлагают заменять промышленные фабрики кухонными блендерами. Речь о более доступной модели ранних исследований. Школы, общественные лаборатории и небольшие научные группы теоретически могут выполнять первичную обработку на недорогих материалах, а сложную характеризацию проводить в университетах или общих центрах.
Самой сложной частью эксперимента оказалось не получить графен, а доказать, что блендер действительно его сделал. Для этого по-прежнему нужно лабораторное оборудование. Тем не менее работа даёт яркий пример циркулярного подхода к материалам: вчерашняя газета и отработанная электроника помогают создавать вещество, которое рассматривают для технологий завтрашнего дня.
