Met een opdampingstechniek wordt er grafeen gevormd op de koperplaat (l) (afb: univ. van Illinois)
Grafeen, de bijzondere tweedimensionale vorm van koolstof, krijgt allerlei mooie eigenschappen en een fraaie toekomst toegedicht. Da’s mooi, maar een wezenlijk aspect zou hierbij roet in het eten kunnen gooien. Als het materiaal echt zo succesvol zal zijn als verwacht, dan zal het ook op een niet al te vieze en ingewikkelde wijze in grotere hoeveelheden moeten worden bereid. Labproefjes zijn leuk en nuttig, maar daarmee kun je de beloften niet waarmaken. Nu schijnt het dat onderzoekers van de universiteit van Illinois (VS) grafeen maken uitgaande van sodawater (prik, zou ik zeggen, want daar gaat het om). Dat is een schonere manier dan die waarmee tot nu toe grafeen wordt bereid, beweren de onderzoekers.
De onderzoekers rond SungWoo Nam, veel Aziaten in Amerikaanse onderzoeksinstituten, gebruikten de prik in frisdrank, het koolzuur. Nam schijnt een deskundige te zijn op het gebied van tweedimensionale materialen. Hij is vooral geïnteresseerd in grafeen toegepast in sensoren en elektronische componenten. Hij is geen bakker en brader.
Grafeen wordt gesynthetiseerd door chemische opdamping op een metalen plaat, meestal koperfolie. Lastig daarbij is het grafeen netjes van de folie te krijgen. Voor je het weet heb je de mooie grafeenstructuur vernield (en dus geen grafeen meer). Dat ‘losweken’ kun je onder meer doen door het folie weg te etsen, maar dat is een nogal vieze en dure methode (je hebt steeds nieuwe koperfolie nodig).
De een-koolstofatoomdikke grafeenlaag moet dan ook nog eens voorzien worden van een steunlaag van of polycarbonaat of polymethylmethacrylaat (PMMA) waarbij minder prettige chemicaliën moeten worden gebruikt.
“In ons geval gebruiken we een biopolymeer, ethylcellulose, voor de ondersteuning”, zegt medeonderzoeker Michael Cai Wang. “Dat is een gewone en goedkope biokunststof, die ook in voeding gebruikt wordt. Dat maakt het proces niet alleen milieuvriendelijker, maar die stof is ook verenigbaar met een reeks aan polymere en biologische materialen zoals gewone kunststoffen en hydrogels die niet bestand zijn tegen reactieve chemicaliën.”
Nadat het grafeen is gevormd en van een steunlaag voorzien wordt het restant koolzuur (kooldioxide en water) eenvoudigweg verdampt en is geen verdere reiniging nodig. Normaal gesproken zou grafeen nog driftig moeten worden gereinigd met onder meer natronloog en keukenzout. Natrium schijnt zich graag aan het grafeen te hechten, stelt Nam. Koolzuur (‘prik’) zou, als ik het goed begrijp, ook gebruikt worden om het gevormde grafeen los te weken van de koperlaag, die daardoor meermalen te gebruiken is.
Commerciële toepassingen
“Grafeen is bezig te stap te maken van lab naar commerciële toepassingen”, stelt Wang. “Als je je met grootschalige productie bezighoudt, dan is ook de werknemersgezondheid een belangrijk punt en dat is nog een pré van een groener proces.”
De onderzoekers denken dat er meer toepassingen zijn voor kooldioxide. Dat zou ook een steentje kunnen bijdragen aan het verminderen van de CO2-concentratie in de atmosfeer en daarmee aan het tegengaan van de aardopwarming. Ik denk wel dat je het dan om toepassingen hebt waar grote hoeveelheden (tientallen miljoenen tonnen) kooldioxide voor nodig zijn.
Nam: “Als je denkt aan de beste transistor ter wereld, dan moet je het schoonste zuiverste materiaal hebben. Die bieden we met onze methode.”
Bron: Science Daily