Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ hoàng gia KTH công bố bước đột phá đáng kể trong tổng hợp vật liệu nano bền vững. Họ phát triển một phương pháp có thể tái tạo và mở rộng quy mô để sản xuất các tấm nano graphene oxide từ sợi carbon thương mại.
Sự phát triển này cung cấp giải pháp xanh hơn, thay thế cho khai thác than chì truyền thống. Graphene oxide là vật liệu nano đa năng có nhiều ứng dụng trong một số ngành công nghiệp, bao gồm cả pin xe điện.
Graphene oxide thường có nguồn gốc từ than chì khai thác. Quá trình khai thác này thường liên quan đến các hóa chất độc hại, có thể dẫn đến sự không đồng nhất trong sản phẩm cuối cùng.
Phương pháp của các nhà nghiên cứu KTH giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng sợi carbon có sẵn làm vật liệu đầu vào.
Nhóm nghiên cứu thực hiện được điều này bằng cách tẩy tế bào chết sợi carbon bằng acid nitric. Quá trình này tạo ra lượng lớn các tấm graphene oxide, có đặc tính tương đương với graphene oxide thương mại có nguồn gốc từ khai thác mỏ.
Các nhà nghiên cứu chứng minh quy trình này bằng cách sử dụng sợi carbon có nguồn gốc từ polyacrylonitrile (PAN), một loại polymer phổ biến. Phương pháp này cho thấy có thể áp dụng cho các nguồn khác như sinh khối hoặc sản phẩm phụ của ngành lâm nghiệp.
Quy trình cải tiến này bao gồm quá trình oxy hóa điện hóa trong bồn nước và acid nitric. Bồn hoạt động như chất dẫn điện, khi dòng điện chạy qua sợi carbon, vật liệu bắt đầu mất electron, làm biến đổi bề mặt theo cách tương tự như quá trình oxy hóa xuất hiện dưới dạng rỉ sét trên ô tô.
Điều này làm biến đổi bề mặt, khiến các lớp graphene oxide ở cấp độ nano bong ra. Nghiên cứu phát hiện ra, dung dịch acid nitric 5% là tối ưu để tạo ra các tấm nano có kích thước từ 0,1 - 1 micromet, với độ dày đồng đều khoảng 0,9 nanomet.
Điều thú vị là các tấm nano graphene oxide này có hình tròn và hình elip, không giống như hình đa giác thường thấy ở graphene oxide từ than chì khai thác.
Phương pháp này có hiệu quả cao và có thể mở rộng quy mô để thu được graphene. So với các phương pháp tổng hợp hiện có, phương pháp mới này mang lại sản lượng cao là 200 miligram graphene oxide trên một gram sợi carbon.
Nghiên cứu cũng khám phá phương pháp loại bỏ lớp phủ polymer bảo vệ khỏi sợi carbon thương mại trước khi oxy hóa, nung ở nhiệt độ 1.076 độ F (580 độ C) trong hai giờ và gia nhiệt sốc đến 2.192 độ F (1.200 độ C) trong ba giây, cả hai đều cho thấy hiệu quả, các nhà nghiên cứu kết luận.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để phân tích các đặc tính và cấu trúc của các tấm nano tổng hợp, xác nhận chất lượng tốt của chúng.
