Графен обладает целым комплексом полезнейших свойств, но до сих пор он весьма дорог – прежде всего, из-за сложностей в производстве. Технологии, разработанные в частном исследовательском центре в Хьюстоне (штат Техас, США), способны превратить большие массы отходов в ценный графен. Об этом сообщает интернет-издание Freethink. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Последние технологии, разработанные в Университете Райса (Хьюстон, США), способны превращать разнообразные мусор, такой как банановая кожура, кофейная гуща, одноразовые пластиковые контейнеры и многое другое, в один из самых ценных материалов – графен. Химик Джеймс Тур и его команда разработали быстрый техпроцесс, позволяющий не только избавляться от отходов, но и перерабатывать их в хлопья графена.
«В мире выбрасывается от 30 до 40 процентов всей еды, потому что она портится, а пластиковые отходы вызывают серьезную озабоченность экологов. Нам удалось доказать, что любое твердое вещество на основе углерода, включая смешанные пластиковые отходы и резиновые шины, можно превратить в графен», – отметил Тур в пресс-релизе Университета Райса.
Ценность графена обусловлена его невероятной прочностью и широким спектром промышленных применений. Этот материал представляет собой тончайший слой углерода, в котором атомы соединены друг с другом шестью химическими связями, образуя ячеистую решетку.
Графен чрезвычайно полезен в научных экспериментах из-за его высокой реакционной способности, его также можно добавлять ко всем видам других материалов, таким как бетон или металлы, чтобы улучшить их прочность или сделать их более легкими. Кроме того, это «самый проводящий» материал, что делает его бесценным для использования в качестве радиатора, например, в светодиодах или смартфонах. Его также можно использовать в аккумуляторных технологиях, красках, датчиках и многом другом.
Несмотря на столь высокую эффективность, графен еще не стал заметной частью нашей повседневной жизни. Во многом – по причине его непомерно высокой стоимости. Графен трудно производить, и его текущая коммерческая цена составляет от 67 000 до 200 000 долларов за тонну.
Стандартные методы производства графена на данный момент включают расслоение (при котором слои графена отделяются от графита) либо химическое осаждение из паровой фазы, при котором метан (CH4) испаряется в присутствии медной подложки, которая захватывает атомы углерода метана, располагая их в виде графеновой структуры.
Новый метод, названный мгновенным тепловым нагревом, намного проще, дешевле и не требует использования каких-либо опасных растворителей или химических добавок. Проще говоря, материал на основе углерода подвергается воздействию тепла в 2760°C всего на 10 миллисекунд. Это разрушает все химические связи в исходном материале. Все атомы, кроме углерода, превращаются в газ, который, в свою очередь, может быть уловлен и утилизирован. А оставшийся углерод «собирается» в виде чешуек графена.
Наиболее очевидным вариантом применения этих графеновых хлопьев может стать их использование в качестве компонента бетона. «Укрепляя бетон графеном, можно расходовать заметно меньше такого стройматериала, и заодно снизить затраты на его производство и транспортировку», – сказал Тур.
Он также подчеркнул особую экологическую важность новой технологии. По сути, это утилизация выбрасываемых на свалки отходов, дающих углекислый газ и метан, которые с превращением в графен и последующим добавлением в бетон снизят и объемы вредных выбросов, образующихся при производстве бетона.
Бетон является одним из основных применений этого материала, который был бы экономически и экологически безопасным, но существуют и многие другие. По мере развития методов массового производства графена можно надеяться увидеть в будущем все более прочные, легкие, более совершенные и менее разрушительные для окружающей среды материалы и технологии.