Naukowcy zamieniają łupiny orzeszków w materiał przyszłości

Grafen, składający się z pojedynczej warstwy atomów węgla, jest superwytrzymały, lekki i doskonale przewodzi prąd oraz ciepło. Już dziś znajduje zastosowanie w elektronice i wciąż badany jest pod kątem przyszłych technologii - od baterii i superkondensatorów, przez chłodzenie, po szybką pamięć i lekkie konstrukcje. Problem? Jego wytwarzanie jest kosztowne i trudne na skalę przemysłową.

Zespół z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii (UNSW) pod kierunkiem inżyniera mechanicznego Guan Yeoh opracował metodę, która pozwala wytwarzać wysokiej jakości grafen z łupin orzeszków przy mniejszym zużyciu energii i bez użycia chemikaliów.

Kluczowym składnikiem jest lignina, naturalny polimer bogaty w węgiel, obecny w większości roślin. Naukowcy przetestowali różne sposoby przygotowania łupin, by wydobyć z nich jak najwięcej węgla przed zastosowaniem procesu zwanego impulsowym nagrzewaniem Joule'a (ang. flash joule heating - FJH).

FJH to podgrzanie materiału do ponad 3000°C w ułamkach sekundy, co pozwala przekształcić węgiel w struktury grafitowe, w tym w grafen o kilku warstwach. Przygotowanie łupin (podgrzewanie wstępne do około 500°C, a następnie krótkie, intensywne podgrzewanie) pozwala usunąć zanieczyszczenia i uzyskać char bogaty w węgiel, który w efekcie daje wysokiej jakości grafen.

Proces daje grafen o minimalnych defektach, co zapewnia dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne. Choć materiał jest zazwyczaj wielowarstwowy w układzie turbostratycznym, jego jakość jest już imponująca. Naukowcy podkreślają jednak, że komercyjne skalowanie procesu może potrwać 3-4 lata.

Co więcej, zespół planuje testy z innymi odpadami organicznymi, jak fusy z kawy czy skórki bananów, co otwiera drogę do jeszcze bardziej ekologicznej produkcji grafenu. Dzięki temu odkryciu odpadki po orzeszkach ziemnych mogą wkrótce stać się surowcem przyszłości dla elektroniki i energetyki, a ich przetwarzanie może być tańsze i bardziej przyjazne środowisku niż tradycyjne metody produkcji grafenu.