Blesková výroba grafenu. Kredit: Jeff Fitlow / Rice University.

Na sklonku ledna 2020, když pandemie teprve nabírala sílu, se objevila metoda výroby grafenu bleskovým zahřátím uhlíku různého původu Jouleovým teplem, tedy průchodem elektrického proudu. Tímto způsobem lze zpracovat rozličné materiály, včetně odpadu. Vyrobenému grafenu se pak libozvučně přezdívá „bleskový grafen“ (flash graphene).

James Tour. Kredit: Jeff Fitlow / Rice University.

Tvůrci tohoto postupu, tým Jamese Toura z americké Rice University, očividně neusnuli na vavřínech. Na své „bleskové“ metodě neustále pracují a rozšiřují její využití. Teď se jim povedlo vyrábět nejen bleskový grafen, ale i bleskové nanodiamanty. Přinejmenším pro laika to není příliš složité. Stačí jen změnit délku „flashe“, tedy průchodu elektrického proudu, a změní se i výsledný produkt bleskové metody.

Blesková výroba grafenu vypadá tak, že materiálem obsahujícím podstatné množství uhlíku, prochází elektrický proud. Jouleovým teplem ho zahřeje na slušných 2 727 °C. Působením tohoto žáru dochází ke strukturálním změnám uhlíkového materiálu. Původní blesková výroba grafenu zahrnuje „flash“ elektrického proudu, který trvá 10 milisekund. Tour s kolegy zjistili, že když elektrický proud prochází uhlíkovým materiálem 10 až 500 milisekund, tak mohou vznikat i jiné věci. Tímto způsobem se jim povedlo vyrobit užitečné a žádané nanodiamanty, a také „koncentrický uhlík“, což jsou nanočástice s nanodiamantovým jádrem, které obklopuje obal z odlišně uspořádaných atomů uhlíku.

Nanočástice koncentrického uhlíku. Kredit: Tour Group. Rice University.

Badatelé svůj postup vylepšují i jinak. Na základě předešlých výzkumů přimíchávají k uhlíkovému materiálu organické sloučeniny s fluorem. Tím zajistí, že atomy uhlíku drží pohromadě ještě pevněji. Díky tomu je možné vyrábět nanodiamanty za méně extrémních podmínek než obvykle, především za mnohem nižších tlaků. Přínosem použití sloučenin fluoru je i to, že vznikají fluorované nanodiamanty, které mají povahu polovodičů a využívají se při výrobě elektroniky. Doposud je bylo nutné obohacovat fluorem v dalším procesu. Koncentrický uhlík je zase použitelný jako výborné mazadlo.

Poptávka po bleskovém grafenu, bleskových nanodiamantech a dalších bleskových produktech se bude určitě dále zvyšovat. Blesková výroba je levná a jednoduchá, takže se s ní nepochybně budeme setkávat stále častěji. Tourův tým metodu dále vylepšuje a pracuje na používání dalších přísad, jako je bór, fosfor nebo dusík.

Video: Making graphene from trash in less than a second

Literatura

Rice University 21. 6. 2021.

ACS Nano online 17. 6. 2021.