Gli ingegneri della Monash University in Australia hanno sviluppato la prima tecnologia al mondo che può aiutare l'industria a identificare ed esportare grafene di alta qualità in modo più economico, più veloce e più accurato rispetto ai metodi attuali.

Pubblicato oggi su rivista internazionale Scienze avanzate , i ricercatori hanno utilizzato il set di dati di un microscopio ottico per sviluppare un algoritmo di apprendimento automatico in grado di caratterizzare le proprietà e la qualità del grafene, senza pregiudizi, entro 14 minuti.

Questa tecnologia è un punto di svolta per centinaia di produttori di grafene o ossido di grafene in tutto il mondo. Li aiuterà a migliorare la qualità e l'affidabilità della loro fornitura di grafene in tempi rapidi.

Attualmente, i produttori possono rilevare la qualità e le proprietà del grafene utilizzato in un prodotto solo dopo che è stato fabbricato.

Attraverso questo algoritmo, che ha il potenziale per essere implementato a livello globale con supporto commerciale, i produttori di grafene possono essere certi di un prodotto di qualità e rimuovere il processo lungo e costoso di una serie di tecniche di caratterizzazione per identificare le proprietà del grafene, come lo spessore e la dimensione degli strati atomici.

Il professor Mainak Majumder del Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale della Monash University e l'hub dell'Australian Research Council on Graphene Enabled Industry Transformation hanno condotto questo studio rivoluzionario.

I coautori dello studio sono Md. Joynul Abedin e Dr. Mahdokht Shaibani (Monash, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale), e Titon Barua (Vimmaniac Ltd., Bangladesh).

"Il grafene possiede straordinarie capacità di conducibilità elettrica e termica. Trova largo impiego nella produzione di membrane per la depurazione delle acque, stoccaggio di energia e nella tecnologia intelligente, come sensori di carico sui ponti stradali, "Ha detto il professor Majumder.

"Allo stesso tempo, il grafene è piuttosto costoso quando si tratta di un utilizzo in grandi quantità. Un grammo di grafene di alta qualità potrebbe costare fino a $ 1, 000 AUD ($720 USD) una grande percentuale è dovuta al costoso processo di controllo della qualità.

"Perciò, i produttori devono essere certi che stanno acquistando il grafene della più alta qualità sul mercato. La nostra tecnologia è in grado di rilevare le proprietà del grafene in meno di 14 minuti per un singolo set di dati con risoluzione 1936 x 1216. Ciò farà risparmiare ai produttori tempo e denaro vitali, e stabilire un vantaggio competitivo in un mercato in crescita."

Scoperto nel 2004, il grafene è pubblicizzato come un materiale meraviglioso per la sua eccezionale leggerezza, proprietà sottili e ultra flessibili. Il grafene viene prodotto attraverso l'esfoliazione della grafite. Grafite, una forma cristallina di carbonio con atomi disposti esagonali, comprende molti strati di grafene.

Però, la traduzione di questo potenziale in prodotti reali e utilizzabili è stata lenta. Uno dei motivi è la mancanza di affidabilità e coerenza di ciò che è spesso disponibile in commercio come grafene.

Il metodo più utilizzato per produrre fogli di grafene e ossido di grafene è attraverso l'esfoliazione in fase liquida (LPE). In questo processo, i fogli a strato singolo vengono rimossi dalla sua controparte 3D come grafite, film di ossido di grafite o grafite espansa per forze di taglio.

Ma, questo può essere ripreso solo utilizzando un campione secco (cioè una volta che il grafene è stato rivestito su un vetrino).

"Sebbene ci sia stata una forte enfasi sulle linee guida di standardizzazione dei materiali in grafene, non c'è praticamente alcun modo per monitorare il processo unitario fondamentale di esfoliazione, la qualità del prodotto varia da laboratorio a laboratorio e da un produttore all'altro, " ha detto il dottor Shaibani.

"Di conseguenza, spesso si osservano discrepanze nelle caratteristiche proprietà-rendimento riportate, anche se si dice che il materiale sia grafene.

"Il nostro lavoro potrebbe essere importante per le industrie interessate a fornire grafene di alta qualità ai propri clienti con funzionalità e proprietà affidabili. Ci sono un certo numero di società quotate in ASX che tentano di entrare in questo mercato da miliardi di dollari, e questa tecnologia potrebbe accelerare questo interesse".

I ricercatori hanno applicato l'algoritmo a un assortimento di 18 campioni di grafene, otto dei quali sono stati acquisiti da fonti commerciali e il resto prodotto in laboratorio in condizioni di lavorazione controllate.

Utilizzando un microscopio ottico polarizzato quantitativo, i ricercatori hanno identificato una tecnica per rilevare, classificare e quantificare il grafene esfoliato nella sua forma naturale di dispersione.

Per massimizzare le informazioni generate da centinaia di immagini e un gran numero di campioni in modo rapido ed efficiente, i ricercatori hanno sviluppato un algoritmo di apprendimento automatico non supervisionato per identificare cluster di dati di natura simile, e quindi utilizzare l'analisi delle immagini per quantificare le proporzioni di ciascun cluster.

Il sig. Abedin ha affermato che questo metodo ha il potenziale per essere utilizzato per la classificazione e la quantificazione di altri materiali bidimensionali.

"La capacità del nostro approccio di classificare l'impilamento su scala da sub-nanometrica a micrometrica e misurare le dimensioni, spessore, e la concentrazione dell'esfoliazione in dispersioni generiche di grafene/ossido di grafene è eccitante e rappresenta una promessa eccezionale per lo sviluppo di prodotti energetici e termicamente avanzati, " Ha detto il signor Abedin.

Professor Dusan Losic, Direttore dell'hub dell'Australian Research Council sulla trasformazione dell'industria abilitata dal grafene, ha dichiarato:"Questi risultati eccezionali del nostro ARC Research Hub avranno un impatto significativo sull'emergente industria del grafene multimiliardaria, offrendo ai produttori di grafene e agli utenti finali un nuovo semplice strumento di controllo della qualità per definire la qualità dei materiali di grafene prodotti che attualmente manca".