Գետնանուշի համաշխարհային արտադրությունը տարեկան ավելի քան 10 միլիոն տոննա թափոն է առաջացնում՝ դեն նետված կճեպների տեսքով, սակայն այժմ գիտնականները հայտնաբերել են այս կենսազանգվածը գրաֆենի նման ածխածնային նյութերի վերածելու մեթոդ։ Նոր ուսումնասիրության արդյունքները հրապարակվել են Chemical Engineering Journal Advances-ում։

Ածխածնի վրա հիմնված գրաֆենը հաճախ անվանում են «հրաշագործ նյութ». այն աներևակայելի ամուր է, աներևակայելի թեթև և ջերմության ու էլեկտրաէներգիայի գերազանց հաղորդիչ, ըստ Planet Today-ի։ Այն արդեն լայնորեն օգտագործվում է և խոստանում է զգալիորեն բարելավել սպառողական էլեկտրոնիկան ապագայում։

Այնուամենայնիվ, այն դժվար է արտադրել մեծ մասշտաբով և թանկ է, ուստի գրաֆենի արտադրության այլընտրանքային մեթոդները կարող են զգալիորեն բարելավել էներգետիկ համակարգերը, տվյալների պահպանումը և այլ ժամանակակից տեխնոլոգիաներ։

Ավստրալիայի Նոր Հարավային Ուելսի համալսարանի (UNSW) գիտնականների խմբի կողմից անցկացված նոր ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ սովորական գետնանուշի կճեպները ներուժ ունեն խթանելու գրաֆենի արտադրությունը ավելի էժան և ավելի էկոլոգիապես մաքուր եղանակով, քան որոշ ավանդական գրաֆենի սինթեզի մեթոդներ։

«Արտադրական թափոնների մեծ մասը կամ դեն է նետվում, կամ վերամշակվում է ցածրարժեք արտադրանքի մեջ, որոնք լիովին չեն իրացնում իրենց ներուժը», - ասում է Նոր Հարավային Ուելսի համալսարանի Գուան Յեոն: «Այս աշխատանքում մենք ցույց ենք տվել, որ բարձրորակ գրաֆենը կարող է արտադրվել սովորական գետնանուշի կճեպներից՝ օգտագործելով շատ ավելի քիչ էներգիա, քան ներկայումս անհրաժեշտ է, և, հետևաբար, ավելի ցածր գնով: Ավելին, մեզ անհրաժեշտ չէ որևէ քիմիական նյութ օգտագործել, ինչը լրացուցիչ բնապահպանական օգուտ է»:

Այս գործընթացի հիմնական տարրը բնական պոլիմեր լիգնինն է՝ ածխածնով հարուստ նյութ, որը հանդիպում է բույսերի մեծ մասում: Դրա առկայությունը գետնանուշի կճեպներում նախկինում հայտնի էր, բայց հետազոտողները պետք է գտնեին այն մշակելու լավագույն եղանակը:

Մինչև իմպուլսային Ջոուլի տաքացում (FJH) կոչվող գործընթացը կիրառելը, թիմը փորձարկել է կճեպի թափոնները պատրաստելու մի քանի մեթոդներ՝ լիգնինը արդյունահանելու համար: Այս մեթոդը օգտագործում է էլեկտրաէներգիայի «պոռթկում»՝ նյութը ընդամենը մի քանի միլիվայրկյանների ընթացքում 3000 աստիճան Ցելսիուսից (5432 աստիճան Ֆարենհայտ) գերազանցող ջերմաստիճանի տաքացնելու համար: Ջերմության այս ակնթարթային արտանետումը վերադասավորում է ածխածնի ատոմները՝ վերածելով գրաֆիտային կառուցվածքների, այդ թվում՝ բազմաշերտ տուրբոստրատիկ գրաֆենի:

Թեև աշխատանքի մեծ մասը կատարեց FJH-ը, FJH-ի համար թաղանթները պատրաստելու մեթոդը կարևորագույն դեր խաղաց։ Հետազոտողները պարզեցին, որ փուլային նախնական մշակումը, ներառյալ անուղղակի Ջոուլային տաքացումը մոտ 500°C ջերմաստիճանում 5 րոպե, որին հաջորդեց կարճ քայլ ավելի բարձր ջերմաստիճանում, լավագույն տարբերակն էր։

Սա հեռացրեց խառնուրդները, և թաղանթները վերածվեցին ածխածնի՝ մեկ այլ ածխածնով հարուստ նյութի, որը շատ ավելի հաղորդիչ է, քան չմշակված թաղանթները։

«Այս գործընթացը կենսական նշանակություն ունի խառնուրդները հեռացնելու և լավագույն ածխածնով հարուստ նյութը ստանալու համար, որը օգնում է նվազագույնի հասցնել վերջնական գրաֆենի թերությունները և ապահովել, որ այն իսկապես ընդամենը ատոմների մեկ շերտ է», - ասում է Յեոն։ «Սա հենց այն է, ինչ ձեզ անհրաժեշտ է էլեկտրական և ջերմային հաղորդականության առումով լավագույն հատկություններն ապահովելու համար»։

Թեև գետնանուշի թաղանթներից գրաֆեն արտադրելու տեխնոլոգիան արդեն փորձարարականորեն կիրառվել է, այս ուսումնասիրությունը ընդգծում է, թե ինչպես սկզբնական նյութի ուշադիր վերահսկողությունը կարող է զգալիորեն բարելավել ստացված գրաֆենի որակը։

Այնուամենայնիվ, սա չի նշանակում, որ գործընթացը դեռևս կատարյալ է։ Արդյունքում ստացված գրաֆենային նյութը բարձր որակի է, բայց սովորաբար բաղկացած է գրաֆենի բազմաթիվ շերտերից, որոնք դասավորված են տուրբոստրատիկ կոնֆիգուրացիայով։ Հետազոտողները նշում են, որ տեխնոլոգիայի առևտրային օգտագործման մասշտաբավորումը կարող է տևել երեքից չորս տարի։

Այս լաբորատոր փորձարարական մոդելից մշակված գործընթացի հետագա կատարելագործման աշխատանքները կշարունակվեն։ Միևնույն ժամանակ, հետազոտողները ցանկանում են ստուգել, ​​թե արդյոք իրենց հատուկ մշակված պատրաստման և տաքացման մեթոդը կաշխատի այլ տեսակի կենսազանգվածի հետ։

«Մենք նաև պլանավորում ենք փորձարկել այլ նյութեր, ինչպիսիք են սուրճի մրուրը, բանանի կեղևը կամ ցանկացած այլ բան, որը կարող է լավ ածխածին ապահովել գրաֆենի հետագա փոխակերպման համար», - ասում է Յեոն։ «Հաշվի առնելով նման օրգանական նյութի մեծ քանակությամբ առկայությունը, մեր աշխատանքը ցույց է տալիս լավ հավասարակշռություն էներգաարդյունավետության, ստացված գրաֆենի որակի և ամբողջ գործընթացի տնտեսական նպատակահարմարության միջև»։