Австралийские исследователи из университета Нового Южного Уэльса разработали инновационный метод превращения промышленных и бытовых отходов арахиса в высококачественный графен — уникальный материал с исключительными электромеханическими свойствами. Результаты опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal Advances.
Графен представляет собой один из самых тонких известных материалов. Это пленка из одного слоя атомов углерода, обладающая высокой прочностью, превосходной проводимостью тока и тепла, а также почти 100%-ной светопрозрачностью. Он востребован в электронике, энергетике, производстве гибких дисплеев и других передовых технологиях, но традиционное получение графена остается дорогим и энергоемким.
Команда под руководством профессора Гуана Йео (Guan Yeoh) применила простую двухступенчатую термическую обработку отходов арахиса. Сначала шелуху нагревают до 500°C, чтобы получить материал с высоким содержанием лигнина — природного полимера, богатого углеродом. Затем этот материал подвергается воздействию мгновенного импульса тока (flash joule heating), при котором температура достигает примерно 3000°C на протяжении долей секунды. Такая обработка позволяет перестроить углеродные атомы в однослойную структуру графена.
Экономия энергии и потенциал применения
Новый подход исключает использование химических реагентов, стандартно применяемого в графеновых технологиях. Процесс становится более экологичным и простым. Потребление энергии при получении килограмма графена оценивается всего в ≈1,30 доллара, а весь цикл занимает около 10 минут, что значительно дешевле и быстрее по сравнению с известными промышленными методами.
Такая технология нацелена не только на переработку арахисовых отходов — команда планирует испытать другие биомассы, например, кофейную гущу или банановую кожуру, — с тем чтобы расширить ассортимент доступных источников углерода и создать масштабируемый процесс для промышленного производства графена.
На сегодняшний день ученые уже продемонстрировали работоспособность метода на лабораторном уровне, но коммерциализация технологии возможна в ближайшие 3–4 года, если будут решены вопросы масштабирования и стабильности. Профессор Йео подчеркивает, что ключевым фактором является качество предварительной обработки исходной биомассы.
Недавно ученые предположили, что впервые графен получил при экспериментах с лампой накаливания Томас Эдисон в 1879 году. Однако знаменитый изобретатель не знал, как распорядиться своим открытием.