Учёные из Университета Кордовы представили новый прототип, который может стать значительным шагом на пути к массовому производству графена. Этот материал, впервые синтезированный в 2004 году, обладает уникальными свойствами, такими как высокая прочность, гибкость и лёгкость. Однако до сих пор не существует дешёвого и устойчивого метода его производства в промышленных масштабах.

Новое исследование, опубликованное в журнале Chemical Engineering Journal, представляет технологическую разработку, которая увеличивает производство графена более чем на 22%, сохраняя при этом высокое качество. Эта разработка основана на плазменной технологии, которая использует частично ионизированный газ для расщепления органических молекул и создания графена.

Экранированная реакционная камера горелки TIAGO: концептуальная иллюстрация (слева) и реализованный прототип (справа).
Источник: Chemical Engineering Journal (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.155088

Одним из ключевых преимуществ плазменной технологии является её энергетическая среда, которая позволяет легко расщеплять органические молекулы. Команда использовала эту технологию для расщепления этанола и перегруппировки атомов углерода молекулы, что и привело к созданию графена.
Новаторским достижением исследования является оптимизация энергопотребления процесса, которая позволила увеличить производство графена. Предыдущие исследования группы показали, что почти 43% поставляемой энергии рассеивалось и «уходило впустую». Чтобы избежать этой потери энергии, исследователи построили вокруг плазмы клетку Фарадея — металлическую сетку, которая действует как электромагнитный экран.

Благодаря этому экранированию, которое максимально использует энергию плазмы, производство графена увеличилось с 4,3 миллиграммов в минуту до 5,2 миллиграммов за то же время и мощность. Исследование было проведено группой Лаборатории плазменных инноваций Университета Кордовы в сотрудничестве с Химическим институтом энергетики и окружающей среды (IQUEMA), который частично отвечал за оценку качество произведенного графена.

По словам ведущего автора исследования Франсиско Хавьера Моралеса, «плазменная технология является высокоэнергетической средой, способной легко расщеплять органические молекулы». Главный исследователь группы Росио Ринкон отметила: «предыдущие исследования группы показали, что почти 43% поставляемой энергии рассеивалось и уходило впустую, мы смогли избежать этой потери энергии с помощью новой технологии».