Un team KAIST ha sviluppato una tecnologia che consente la produzione in serie di dispersione di nanomateriali bidimensionali (2-D) utilizzando la caratteristica forza di taglio della potenza idraulica.

La dispersione di nanofogli 2-D può essere applicata direttamente a processi basati su soluzioni per la produzione di dispositivi per l'elettronica, nonché per l'immagazzinamento e la conversione dell'energia. Dovrebbe essere utilizzato in questi dispositivi con prestazioni migliorate.

Ci sono state numerose ricerche sulla produzione di massa di vari nanomateriali 2-D perché mostrano caratteristiche fisiche e chimiche eccezionali quando sono veramente 2-D.

Con una forte forza meccanica o solo reazione chimica, ogni metodo di esfoliazione esistente ha il suo limite per creare materiale 2-D quando la scala della produzione aumenta. Affrontano anche i problemi di costi elevati e tempi di processo lunghi.

Inoltre, I nanofogli 2-D per esfoliazione hanno la tendenza all'agglomerazione a causa dell'energia superficiale. Generalmente, è necessario un solvente organico o un tensioattivo per ottenere un'elevata resa e concentrazione di materiale 2-D riducendo al minimo l'agglomerazione.

Dopo diversi anni di ricerca, Il professor Do Hyun Kim del Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare e il suo team hanno verificato che il taglio ottimizzato nel loro reattore fornisce la massima efficienza per l'esfoliazione del nanomateriale. Per la maggiore capacità del reattore, hanno selezionato un flusso e un agente dispersivo per sviluppare un'alta velocità, processo di produzione di massa per ottenere nanofogli 2-D mediante esfoliazione fisica con una soluzione acquosa.

Il team ha proposto un reattore a flusso basato sul flusso di Taylor-Couette, che ha il vantaggio di un'elevata velocità di taglio e di un'efficienza di miscelazione anche con una grande capacità del reattore.

In questa ricerca, Il professor Young-Kyu Han della Dongguk University-Seoul ha effettuato il calcolo Ab initio per selezionare l'agente dispersivo. Secondo il suo calcolo, un liquido ionico può stabilizzare e disperdere il nanomateriale 2-D anche in una piccola concentrazione. Questo calcolo potrebbe massimizzare l'efficienza esfoliante.

Il professor Bong Gill Choi della Kangwon National University ha effettuato la valutazione del dispositivo realizzato con la dispersione risultante. Il team ha utilizzato un processo di filtrazione a membrana per realizzare un film flessibile e altamente conduttivo di materiale 2-D. Il film è stato quindi applicato per produrre un elettrodo per il dispositivo a supercondensatore con capacità per volume molto elevata. Hanno anche confermato la sua stabilità nel loro dispositivo a supercondensatore.

Inoltre, hanno applicato nanomateriali disperdenti tra cui grafene, bisolfuro di molibdeno ( MoS₂), e nitruro di boro (BN) all'inchiostro della stampante a getto d'inchiostro e realizzato modelli di nanomateriali di spessore micrometrico su carta A4. L'inchiostro al grafene non ha mostrato alcuna perdita di proprietà elettriche dopo la stampa senza ulteriore trattamento termico.

Il professor Kim ha detto, "Questa nuova tecnologia per la produzione di massa ad alta velocità di nanomateriali può essere facilmente applicata a vari nanomateriali 2-D. Accelererà la produzione di dispositivi altamente efficienti per l'optoelettronica, biosensori, e unità di accumulo/conversione di energia a basso costo."