Een nieuw op plasma gebaseerd technologisch ontwerp verhoogt de grafeenproductie met ruim 22%

Een nieuw op plasma gebaseerd technologisch ontwerp verhoogt de grafeenproductie met ruim 22%

Afgeschermde TIAGO-toortsreactiekamer: conceptuele illustratie (links) en gerealiseerd prototype (rechts). Credit: Tijdschrift voor chemische technologie (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.155088

Harder dan diamant, sterker dan staal, zo flexibel als rubber en lichter dan aluminium. Dit zijn slechts enkele van de eigenschappen die aan grafeen worden toegeschreven. Hoewel dit materiaal de afgelopen jaren grote belangstelling heeft gewekt in de wetenschappelijke gemeenschap, bestaat er nog steeds geen goedkope en duurzaam genoeg methode voor de hoogwaardige productie ervan op industriële schaal.

Een onderzoeksteam van de Universiteit van Córdoba (UCO) heeft zojuist gepubliceerd een nieuw prototype in het tijdschrift Tijdschrift voor chemische technologie dat zou precies een grote stap voorwaarts kunnen betekenen in de richting van de grootschalige productie van dit materiaal, dat voor het eerst werd gesynthetiseerd in 2004, waarbij de verantwoordelijken zes jaar later een Nobelprijs zouden winnen.

Dit nieuwe technologische ontwerp, dat al als patent is geregistreerd voor evaluatie en is gebaseerd op een eerder patent van het team zelf, verhoogt de productie van grafeen met ruim 22%, waarbij het proces de hoge kwaliteit behoudt die kenmerkend is voor grafeen dat is gesynthetiseerd met deze technologie.

Het werk is gebaseerd op plasmatechnologie, een gedeeltelijk geïoniseerd gas dat vaak de vierde toestand van de materie wordt genoemd. Hoewel er natuurlijke plasma’s bestaan, zoals bliksem en het noorderlicht, kunnen deze ook kunstmatig worden gegenereerd in een laboratorium.

Een van de grote voordelen ervan, zo benadrukt de hoofdauteur van het onderzoek, Francisco Javier Morales, is dat “het een zeer energetisch medium is dat in staat is organische moleculen heel gemakkelijk af te breken.” Concreet gebruikte het team deze plasmatoorts om ethanol af te breken en de koolstofatomen van het molecuul te herschikken, wat resulteerde in de creatie van grafeen.

Een kooi van Faraday om energie te optimaliseren

Hoewel dit grafeensyntheseproces al beschermd is onder het patent van de groep, is de nieuwe innovatie van het onderzoek de grote toename van de grafeenproductie dankzij de energieoptimalisatie van het proces.

Zoals uitgelegd door de hoofdonderzoeker van het team, Rocío Rincón, hadden eerdere onderzoeken van de groep aangetoond dat bijna 43% van de geleverde energie verloren ging en verloren ging. Dit is een duidelijk voorbeeld van hoe, zoals vaak het geval is in de wetenschap, de ene bevinding tot de andere leidt, en hoe toegepast onderzoek wordt gebouwd op de fundamenten van fundamenteel onderzoek.

Om precies dit waardevolle energieverlies te voorkomen, heeft het onderzoeksteam rond het plasma een kooi van Faraday gebouwd, een metalen gaas dat fungeert als een elektromagnetisch schild, vergelijkbaar met het schild dat door microgolven wordt gebruikt om het systeem van buitenaf te isoleren. Op deze manier wordt, volgens de resultaten van het onderzoek, terwijl voorheen 4,3 milligram grafeen per minuut en watt werd gegenereerd, met deze nieuwe afscherming, die maximaal voordeel haalt uit de plasma-energie, 5,2 milligram geproduceerd met dezelfde hoeveelheid tijd en stroom.

Het onderzoek werd uitgevoerd door de onderzoeksgroep Plasma Innovation Laboratory van de Universiteit van Cordoba, in samenwerking met het Chemisch Instituut voor Energie en Milieu (IQUEMA), dat mede verantwoordelijk was voor de evaluatie van de kwaliteit van het geproduceerde grafeen.

Meer informatie:
FJ Morales-Calero et al., Verhoging van de productie van hoogwaardig grafeen-nanobladpoeder: de impact van elektromagnetische afscherming van de reactiekamer op de TIAGO-toortsplasmabenadering, Tijdschrift voor chemische technologie (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.155088

Tijdschriftinformatie:
Tijdschrift voor chemische technologie

Aangeboden door de Universiteit van Córdoba

Nieuwste artikelen

spot_img

Related Stories

Leave A Reply

Vul alstublieft uw commentaar in!
Vul hier uw naam in