En primer lugar, vierta un poco de polvo de grafito en una licuadora. Agregue el agua y líquido para lavar platos y mezclar a alta velocidad. Felicidades, usted acaba de hacer el grafeno material de maravilla.
Este sorprendentemente sencilla receta es ahora la forma más fácil de producir en masa de grafeno puro - láminas de carbono de sólo un átomo de espesor. El material se ha predicho para revolucionar la industria de la electrónica, con base en sus propiedades eléctricas y térmicas inusuales. Pero hasta ahora, la fabricación de grafeno de alta calidad en grandes cantidades ha resultado difícil - las mejores técnicas de laboratorio gestionan menos de medio gramo por hora.
"Hay empresas que producen grafeno a tasas mucho más altas, pero la calidad no es excepcional", dice Jonathan Coleman del Trinity College de Dublín en Irlanda.
El equipo de Coleman fue contratado por Thomas Swan, una firma de productos químicos con sede en Consett, Reino Unido, para llegar a algo mejor. A partir de trabajos previos que sabían que es posible esquilar grafeno a partir del grafito, la forma de carbono que se encuentra en la punta del lápiz. El grafito se hizo esencialmente a partir de láminas de grafeno apiladas como una baraja de cartas, y deslizándolo de la manera correcta puede separar las capas.
batido de carbono
El equipo puso polvo de grafito y un líquido disolvente en un mezclador de laboratorio y la puso a girar. El análisis con un microscopio electrónico confirmó que se habían producido grafeno a una tasa de alrededor de 5 gramos por hora. Para saber qué tan bien el proceso podría escalar, trataron a cabo diferentes tipos de motores y disolventes. Descubrieron que una licuadora de cocina y de hadas líquido, una marca británica de líquido para lavar platos, también harían el trabajo.
"Si usted está usando una licuadora, ¿por qué utilizar un surfactante caros de lujo? ¿Por qué no utilizar el surfactante más simple que hay, y supongo que es Fairy Liquid", dice Coleman.
Aún así, Coleman dice que usted no puede desear intentar esto en casa. La cantidad exacta de líquido para lavar platos requerido depende de las propiedades del polvo de grafito, tales como la distribución del tamaño de los granos y si cualquier material distintos de carbono están contaminando la muestra. Estos sólo se pueden determinar utilizando equipo de laboratorio avanzado. El método también no convertir todo el grafito para el grafeno, por lo que los dos materiales tienen que ser separados después.
"Es un experimento divertido, pero no sería llegar muy lejos", dice Colman. "Usted puede hacer líquido negro lleno de grafeno, pero lo que es el siguiente paso?" En lugar de ello, los cálculos del equipo sugieren que la técnica es escalable a nivel industrial - una cuba 10.000 litros con el motor derecho se podría producir 100 gramos por hora. Thomas Cisne ya ha comenzado a trabajar en un sistema piloto.
defectos útiles
Coleman está muy entusiasmado con el potencial científico de barato, abundante grafeno. Por ejemplo, un experimento de laboratorio anterior mostró que la adición de una pizca de grafeno a un tipo de poliéster aumentó su fuerza en un 50 por ciento, ya que el grafeno es uno de los materiales más fuertes conocidos. El nuevo método de producción produciría suficiente grafeno a escala esto para los procesos industriales, que normalmente implican kilogramos de materia prima.
Andrea Ferrari en la Universidad de Cambridge dice que la capacidad de producir grandes cantidades de grafeno de alta calidad es útil, pero no esencial para todas las aplicaciones. El grafeno con defectos se une más fácilmente a otras moléculas, lo que es adecuado para el desarrollo de baterías o materiales compuestos.
Aún así, la simplicidad del método se hace eco el aislamiento original de grafeno por Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester. Ellos usaron cinta adhesiva y un lápiz, un método que les ganó el Premio Nobel en 2010.
"Nuestros planes iniciales de la escala hasta en retrospectiva eran terriblemente complicado, que resultó ser innecesaria", dice Coleman. "Tal vez estamos mal dando cuenta de lo simple que las cosas pueden ser."