Waarom de kwaliteit van nanomaterialen belangrijk is, en de slimme nieuwe manier om dit te controleren

Een nieuwe manier om de kwaliteit van nanomaterialen zoals grafeen te controleren, is voortgekomen uit een team van de Universiteit van Sussex.

Grafeen en nanomaterialen zijn aangeprezen als wondermaterialen, en ze zijn van onschatbare waarde in allerlei toepassingen, zoals in de auto- en ruimtevaartindustrie, waar zware metalen worden vervangen door lichtere maar even sterke composietmaterialen. De kwaliteit van nanomaterialen is daarom van groot belang, maar standaardisatie en kwaliteitscontrole zijn de industrie ontgaan.

Het Sussex-team heeft een techniek ontwikkeld die gedetailleerde informatie geeft over de grootte en dikte van grafeendeeltjes. Het gebruikt een niet-destructieve, lasergebaseerde methode om naar de deeltjes als geheel te kijken, en laat ze snel een gedetailleerd beeld opbouwen van de verdeling van deeltjes in een bepaald materiaal. Hun paper, “Raman Metrics for Molybdenum Disulfide and Graphene Enable Statistical Mapping of Nanosheet Populations”, is gepubliceerd in het tijdschrift Chemie van materialen.

Dr.Matt Large, die de ontdekking leidde aan de School of Mathematical and Physical Sciences aan de Universiteit van Sussex, zei:

“Meetnormen zijn een heel kritische onderbouwing van moderne economieën. Het komt eigenlijk neer op één simpele vraag; hoe weet je dat je hebt waar je voor betaald hebt? Op dit moment is de grafeenindustrie een beetje een wilde grens; het is erg moeilijk om verschillende producten te vergelijken, omdat er geen overeengekomen manier is om ze te meten. Dat is waar studies zoals die van ons om de hoek komen kijken. Het is echt een belangrijke kwestie voor elk bedrijf dat de vruchten wil plukken van grafeen (of een ander nanomateriaal, wat dat betreft) in hun producten . Vaak kan het gebruik van het verkeerde materiaal geen enkel voordeel opleveren of zelfs de prestaties van het product verslechteren. Een specifiek voorbeeld zijn composietmaterialen zoals met grafeen versterkte kunststoffen. Als grafeenmateriaal van slechte kwaliteit wordt gebruikt, kan dit ertoe leiden dat onderdelen defect raken. van het leveren van de verwachte verbeterde sterkte. Dit kan een groot probleem zijn voor industrieën zoals de automobiel- en ruimtevaart, waar er enorme inspanningen worden geleverd om zwaardere metalen onderdelen te vervangen door lichtere materialen. mposietmaterialen (zoals koolstofvezel) die net zo sterk zijn. Als grafeen en andere nanomaterialen een rol moeten spelen bij het verminderen van gewicht en kosten, zijn overeengekomen normen echt belangrijk. “

Aline Amorim Graf is co-auteur van het artikel in het team van de School of Mathematical and Physical Sciences van de University of Sussex. Ze zei:

“Sommige fabrikanten zeggen dat ze grafeen produceren, maar eigenlijk – ongetwijfeld onbedoeld – een vorm van grafiet produceren. Sommige zullen tot £ 500 per gram rekenen. Het probleem is dat er geen standaardisatie is. Wat we hebben gedaan, is een nieuwe manier bedenken om te meten de kwaliteit van nanomaterialen zoals grafeen. We gebruiken hiervoor een Raman-spectrometer en hebben een algoritme gemaakt om het proces te automatiseren. Op deze manier kunnen we de kwaliteit, grootte en dikte van het monster bepalen. Het is duidelijk dat de kwaliteit van grafeen er echt toe doet . Als u grafeen gebruikt om structuren te versterken, om te gebruiken in gezondheidsmonitors, om te gebruiken in supermarkt-tags, wilt u weten of u het echte materiaal krijgt. Maar eigenlijk hebben kopers van grafeen geen idee van de kwaliteit van wat ze kopen online. Als je grafeen gebruikt om cement te versterken, en het blijkt dat het eigenlijk geen grafeen is of van lage kwaliteit grafeen, dan zal dat er toe doen. “

Professor Alan Dalton, co-directeur van het Sussex Program for Quantum Research en co-auteur van de paper, zei:

“Dit is echt een belangrijk onderzoeksgebied voor ons team. We zijn van mening dat onze nieuwe maatstaf een grote hulp zal zijn voor zowel de industrie, onderzoekers als normalisatie-instellingen die belangrijke belanghebbenden zijn bij de ontwikkeling van 2D-materialen voor commercialisering.”

De Graphene Council roept al lang op tot betere standaardisatie. Terrance Barkan van de Graphene Council heeft geschreven:

“Het ontbreken van een overeengekomen wereldwijde standaard voor grafeen en nauw verwante materialen zorgt voor een vacuüm en gebrek aan vertrouwen in de markt voor de acceptatie van grafeenmaterialen op industriële schaal.”

Het Sussex-team zet hun onderzoek voort en staat open om de kwaliteit van grafeen op consultatieve basis te controleren.