Un team di ricerca guidato dalla National University of Singapore (NUS) ha sviluppato una strategia economica e industrialmente praticabile per produrre grafene. La nuova tecnica affronta la sfida di lunga data di un processo efficiente per la produzione su larga scala di grafene, e apre la strada alla sintesi sostenibile del materiale.

Il grafene è un materiale bidimensionale con una struttura a nido d'ape di un solo atomo di spessore. Soprannominato il materiale del futuro, il grafene presenta proprietà elettroniche uniche che possono essere potenzialmente impiegate per un'ampia gamma di applicazioni come schermi tattili, inchiostri conduttivi e batterie a ricarica rapida. La difficoltà di produrre grafene di alta qualità a prezzi accessibili su larga scala, però, continua a rappresentare un ostacolo alla sua diffusa adozione da parte delle industrie.

Il metodo convenzionale di produzione di grafene utilizza energia sonora o forze di taglio per esfoliare gli strati di grafene dalla grafite, e quindi disperdere gli strati in grandi quantità di solvente organico. Poiché il solvente insufficiente fa sì che gli strati di grafene si riattacchino alla grafite, produrre un chilogrammo di grafene attualmente richiede almeno una tonnellata di solvente organico, rendendo il metodo costoso e poco rispettoso dell'ambiente.

Produrre grafene con 50 volte meno solvente

Il team di ricerca per lo sviluppo guidato da NUS, d'altra parte, utilizza fino a 50 volte meno solvente. Ciò si ottiene esfoliando la grafite pretrattata in una condizione altamente alcalina per innescare la flocculazione, un processo in cui gli strati di grafene si raggruppano continuamente insieme per formare un impasto liquido di grafene senza dover aumentare il volume del solvente. Il metodo introduce anche forze repulsive elettrostatiche tra gli strati di grafene e impedisce loro di riattaccarsi.

La sospensione di grafene risultante può essere facilmente separata in monostrati quando richiesto o conservata per mesi. L'impasto liquido può anche essere utilizzato direttamente per la stampa 3D di aerogel di grafene conduttivo, un materiale spugnoso ultraleggero che può essere utilizzato per rimuovere le fuoriuscite di petrolio in mare.

Il professor Loh Kian Ping del Dipartimento di Chimica della Facoltà di Scienze NUS, che è anche il capo della ricerca sui materiali 2-D presso il Centro NUS per i materiali 2-D avanzati, ha guidato la ricerca. Egli ha detto:"Abbiamo dimostrato con successo una strategia di esfoliazione unica per la preparazione di grafene di alta qualità e dei suoi compositi. La nostra tecnica, che produce un'elevata resa di grafene cristallino sotto forma di impasto liquido concentrato con un volume di solvente significativamente inferiore, è una soluzione interessante per le industrie per effettuare sintesi su larga scala di questo materiale promettente in modo economico e sostenibile."