Yeni araştırmalar gösteriyor ki tost ekmeği ve giysiler de grafene dönüştürülebilir!
Kılavuz
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi'ndeki bilim adamları, lazerle indüklenmiş grafen (LIG) geliştirdiler. Son zamanlarda, bu teknolojiyi geliştirdiler ve yeni "yenilebilir" elektronik ürünler yaratmaları bekleniyor.
arka fon
Grafen, stratejik öneme sahip yeni bir malzemedir. Yapısal olarak, tek katmanlı altıgen petek yapısından oluşan bir karbon atomu tabakasıdır. Eşsiz yapısı nedeniyle, yüksek mukavemet, ultra hafif ve ince, geçirimsiz, iyi elektriksel ve termal iletkenlik, iyi esneklik ve benzeri gibi birçok mükemmel özelliğe sahiptir.
Grafen, esnek elektronikler, yüksek verimli transistörler, yeni sensörler, yeni malzemeler, piller, süper kapasitörler, yarı iletken üretimi, yeni enerji, iletişim, terahertz teknolojisi, medikal vb. Dahil olmak üzere geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bilim adamları, grafenin dünyayı kasıp kavuran yıkıcı yeni bir teknoloji ve yeni sanayi devrimi başlatmasının çok muhtemel olduğunu tahmin ediyor.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Ancak grafenin büyük ölçekli üretimini ve endüstriyel uygulamasını etkileyen temel engel hazırlama yöntemidir. Ancak yazar, grafenin hazırlanmasına ilişkin bazı yenilikçi sonuçlar ortaya koymuştur.
1) Avrupa Birliği'nin Grafen Amiral Gemisi Projesi ve Cambridge Üniversitesi, İngiltere Grafen Merkezi'nden araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir süreç, yüksek kaliteli, yüksek konsantrasyonlu, su bazlı grafen iletken mürekkepler üretebilir. Bu işlem, orijinal grafit malzemesinin% 100'ünü yararlı iletken mürekkep pullarına dönüştürebilen ve santrifüj ayırma gerektirmeyen grafitten grafen pullarını pul pul dökmek için mikro-akışkanlaştırma yönteminin ultra yüksek kesme kuvvetini kullanır ve üretim tasarrufu sağlar. Mürekkep zamanı.
2) Amerika Birleşik Devletlerindeki Kansas Eyalet Üniversitesinden bir fizikçi ekibi "patlayıcı yöntem" kullanarak yüksek verimli grafen üretmenin bir yolunu geliştirdi.Tüm süreç esas olarak üç element kullanır: hidrokarbon gazı, oksijen ve buji.
3) Avustralyalı bilim adamları, grafen üretmek için hammadde olarak soya fasulyesini kullanan yeni bir hazırlama yöntemini başarıyla geliştirdiler.Aynı yöntem, atık yağı düşük maliyetli ve çevre dostu olan grafene de dönüştürebilir.
4) Kore Bilim ve Teknoloji Akademisi'nden bilim adamları, grafen yapmak için tek kristal silisyum karbürün (SiC) lazerle indüklenen katı faz ayrımını kullandılar, bu da lazer teknolojisinin karmaşık bileşikleri (SiC) ultra ince karbon atomlarına ve silikon atomlarına ayırabildiğini gösteriyor. .
Yenilikçilik
Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi'ndeki bilim adamları da lazerle indüklenmiş grafen (LIG) geliştirdiler. Son zamanlarda, bu teknolojiyi geliştirdiler ve yeni "yenilebilir" elektronik ürünler yaratmaları bekleniyor.
(Fotoğraf kredisi: Rice Üniversitesi / Jeff Fitlow)
American Chemical Society dergisi "ACS Nano" da yayınlanan bu yeni araştırma, lazerle indüklenen grafenin kağıda, kartona, giysiye, kömüre ve bazı yiyeceklere ve hatta tostta yakılabileceğini gösteriyor.
teknoloji
Rice Üniversitesi laboratuvarında bir kimyager olan James Tour, bir zamanlar Girl Scout bisküvilerini grafene dönüştürdü ve şimdi de iletken tanımlama etiketlerini ve sensörleri ürünün kendisine hızlı bir şekilde yerleştirmek için gıda ve diğer malzemelere grafen desenleri yazmaya çalışıyor. Tur, "Bu mürekkep değil. Bu, malzemenin kendisinin grafene dönüştürülmesidir." Dedi.
Tour Lab, "uygun karbon içeriğine sahip herhangi bir şeyin grafene dönüştürülebileceğine" inanıyor ve bu süreç, bu argümanın bir uzantısı. Son yıllarda, laboratuvar bu yönteme dayalı araştırmalara öncülük etti ve grafen köpük malzemeleri oluşturmak için ucuz polimer filmlerin üst katmanını değiştirmek için ticari lazerleri kullandı. Bu köpük malzemesi çapraz bağlı mikro-grafen pullarından oluşurken, grafen tek bir karbon atomu katmanından oluşan iki boyutlu bir malzemedir.
Odaklanmamış bir ışın aracılığıyla birden fazla lazer ışını gönderilir ve bu da araştırmacıların tost dahil olmak üzere giysilere, kağıda, hindistancevizi kabuklarına ve mantara LIG desenleri yazmasına olanak tanır. (Bu tür ekmekler, yüzeyini "karbonize etmeden" pişirilir.) Bu işlem, havada ve oda sıcaklığında yapılabilir.
(Fotoğraf kredisi: Rice Üniversitesi / Jeff Fitlow)
(Fotoğraf kredisi: Rice Üniversitesi / Jeff Fitlow)
(Fotoğraf kredisi: Rice Üniversitesi / Jeff Fitlow)
Tur şunları söyledi: "Bazı durumlarda, birden fazla lazer ışını iki aşamalı bir reaksiyon oluşturacaktır. İlk aşamada lazer, hedef yüzeyi fototermal yöntemle amorf karbona dönüştürür. Ardından, sonraki lazer iletim işleminde, Cinsel olarak absorbe edilen kızılötesi ışık, amorf karbonu LIG'ye dönüştürür. Dalga boyunun önemli bir faktör olduğunu gördük. "
Araştırmacılar, sadece lazerin gücünü artırarak hindistancevizi veya organik malzemeler üzerinde daha iyi grafen yapmanın imkansız olduğunu keşfettiklerinde, birden fazla lazere ve odak dışı kalmaya başladılar. Bununla birlikte, bu sürecin ayarlanması, Rice Üniversitesi'nin ilk harfi "R" gibi bir minyatür süper kapasitör oluşturmak için hindistan cevizi cildini iki lazerle ışınlamalarına izin verecektir.
Odaklanmamış lazerler, birçok malzemenin üretimini hızlandırır çünkü daha geniş ışın, hedef üzerindeki her noktanın tek bir tarama taraması altında lazer tarafından birçok kez ışınlanmasına izin verir. Tour, bunun araştırmacıların ürünü iyi kontrol etmesine de izin verdiğini söyledi. Odaksızlaştırma, önceden uygun olmayan polieterimidleri LIG'ye dönüştürmelerine izin verir.
Makalenin ortak yazarlarından biri olan ve Rice Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisi olan Yieu Chyan şunları söyledi: "Amorf karbon oluşumunu teşvik etmek için ekmeğe veya kağıda veya giysilere alev geciktiriciler ekleyebileceğimizi de keşfettik. Şimdi, tüm bunları kullanabiliriz. Malzemeler ve kontrollü hava kutuları veya daha karmaşık yöntemlere gerek kalmadan bunları doğrudan havada dönüştürün. "
Tour, tüm hedef malzemeler için ortak unsurun lignin olduğunu belirtti. Lignin, sert hücre duvarları oluşturabilen karmaşık bir organik polimerdir. Daha önceki çalışmalar, kuru ahşapta LIG'yi yakmak için bir karbon öncüsü olarak kullandı. Mantar, hindistancevizi kabuğu ve patates kabuğu, daha yüksek lignin içeriğine sahiptir, bu da grafene dönüştürmeyi kolaylaştırır.
değer
LIG, hedef malzemeye desen şeklinde yazılabilir ve süper kapasitör olarak kullanılabilir. Süperkapasitörler, yakıt hücrelerinde, RFID antenlerinde, biyosensörlerde ve diğer uygulamalarda kullanılabilen bir elektrokatalizördür.
Tur şunları söyledi: "Genellikle farkına varana kadar bir şeyin avantajlarını görmeyiz. Belki tüm yiyeceklerin üretim adresini, üretim tarihini, üretim ülkesini ve şehrini ve kemerini içeren küçük bir RFID etiketi olacaktır. Masanıza giden yol. Dedi. LIG etiketleri, yiyeceklerdeki E. coli ve diğer mikroorganizmaları tespit etmek için sensör olarak da kullanılabilir. Tour, "Yakabilir ve yemek istemediğinize dair size bir sinyal gönderebilirler. Bunların tümü yiyeceğin üzerine yerleştirilmiş bağımsız etiketler değil, yiyeceğin kendisinde." Dedi.
Tour, esnek giyilebilir elektronik cihazların bu teknoloji için erken bir pazar olacağını söyledi. Dedi ki: "Uygulamaları giysilere iletken ipler yerleştirmeyi içerir, kıyafetleri ısıtmak için kullanabilir veya sensörler veya iletken desenler ekleyebilirsiniz."
Anahtar kelime
Grafen, giyilebilir teknoloji, sensörler
Referans
[1]
2 Yieu Chyan, Ruquan Ye, Yilun Li, Swatantra Pratap Singh, Christopher J. Arnusch ve James M. Tour. Çoklu Lazerle Lazer Kaynaklı Grafen: Kumaş, Kağıt ve Gıdada Elektroniğe Doğru . ACS Nano, 2018 DOI: 10.1021 / acsnano.7b08539
