Dimentica i prodotti chimici, catalizzatori e macchinari costosi:un team di fisici della Kansas State University ha scoperto un modo per produrre in serie grafene con tre ingredienti:gas idrocarburico, ossigeno e una candela.

Il loro metodo è semplice:riempire una camera con acetilene o gas etilene e ossigeno. Usa una candela per veicoli per creare una detonazione contenuta. Raccogli il grafene che si forma in seguito.

Chris Sorensen, Illustre professore di fisica dell'università Cortelyou-Rust, è l'inventore principale del brevetto recentemente rilasciato, "Processo per la produzione ad alto rendimento di grafene tramite detonazione di materiale contenente carbonio". Altri ricercatori della Kansas State University coinvolti includono Arjun Nepal, ricercatore post-dottorato e docente di fisica, e Gajendra Prasad Singh, ex scienziato in visita.

"Abbiamo scoperto un processo praticabile per produrre grafene, " Sorensen ha detto. "Il nostro processo ha molte proprietà positive, dalla fattibilità economica, la possibilità di una produzione su larga scala e la mancanza di sostanze chimiche nocive. Quella che potrebbe essere la migliore proprietà di tutte è che l'energia richiesta per produrre un grammo di grafene attraverso il nostro processo è molto inferiore rispetto ad altri processi perché tutto ciò che serve è una singola scintilla".

Il grafene è un foglio dello spessore di un singolo atomo di atomi di carbonio coordinati esagonale, che lo rende il materiale più sottile al mondo. Poiché il grafene è stato isolato nel 2004, gli scienziati hanno scoperto che ha preziose proprietà fisiche ed elettroniche con molte possibili applicazioni, come batterie ricaricabili più efficienti o elettronica migliore.

Per il team di ricerca di Sorensen, il percorso fortuito verso la creazione di grafene è iniziato quando stavano sviluppando e brevettando gel aerosol di fuliggine di carbonio. Hanno creato i gel riempiendo una camera di alluminio da 17 litri con gas acetilene e ossigeno. Usando una candela, hanno creato una detonazione nella camera. La fuliggine della detonazione ha formato gel aerosol che sembravano "torta alimentare dell'angelo nero, " ha detto Sorensen.

Ma dopo ulteriori analisi, i ricercatori hanno scoperto che il gel aerosol era più di una semplice torta di cibo per angeli scuri:era grafene.

"Abbiamo prodotto il grafene per caso, " Sorensen ha detto. "Non avevamo in programma di produrre grafene. Avevamo programmato di fare il gel aerosol e siamo stati fortunati".

Ma a differenza di altri metodi per creare il grafene, Il metodo di Sorensen è semplice, efficiente, a basso costo e scalabile per l'industria.

Altri metodi per creare il grafene comportano la "cucina" della grafite minerale con sostanze chimiche, come l'acido solforico, nitrato di sodio, permanganato di potassio o idrazina, per lungo tempo a temperature precisamente prescritte. Metodi aggiuntivi comportano il riscaldamento degli idrocarburi a 1, 000 gradi Celsius in presenza di catalizzatori.

Tali metodi sono ad alta intensità energetica e persino pericolosi e hanno un basso rendimento, mentre il metodo di Sorensen e del suo team produce quantità maggiori con un'energia minima e senza sostanze chimiche pericolose.

"Il vero fascino del nostro esperimento è che possiamo produrre grafene nella quantità di grammi anziché milligrammi, "Ha detto Nepal.

Ora il team di ricerca, incluso Justin Wright, dottorando in fisica, Campo Hill, Pennsylvania—sta lavorando per migliorare la qualità del grafene e portare il processo di laboratorio a un livello industriale. Stanno aggiornando parte dell'attrezzatura per rendere più facile ottenere il grafene dalla camera pochi secondi, anziché minuti, dopo la detonazione. Accedere più rapidamente al grafene potrebbe migliorare la qualità del materiale, Sorensen ha detto.