Stačí jediná jiskra. Kredit: CC0 Public Domain.

Grafen je skvělý materiál, jehož všemožné aplikace slibují zázraky na počkání. Ke splnění všech takových slibů je ale nutné vyrobit ohromné množství grafenu za rozumnou cenu. Což není jen tak. Fyzici Kansaské Státní univerzity teď ale nabízejí výrobní postup, který je nejen jednoduchý a levný, ale rovněž – jako speciální bonus – zábavný. Zapomeňte na chemikálie, katalyzátory a drahé přístroje. V Kansasu k výrobě grafenu potřebují jenom tři poměrně prosté věci: plynný uhlovodík, kyslík a zapalovací svíčku z motoru automobilu. Samotná výroba grafenu je pak, řekněme, brutálně elegantní. 1. naplňte nějakou odolnou nádobu směsí acetylenu nebo etylenu s kyslíkem. 2. přidejte zapojenou zapalovací svíčku. 3. odpalte to! Pak už jenom stačí po explozi posbírat hotový grafen.

Chris Sorensen s grafenem. Kredit: Kansas State University.

Chris Sorensen a jeho kolegové si svého objevu natolik považují, že hned zapracovali na jeho patentování. Jejich patent nese velmi příhodný název „Process for high-yield production of graphene via detonation of carbon-containing material.“ Sorensen si pochvaluje, že vytvořili efektivní proces výroby grafenu, který by se měl vyplácet. Podle badatelů přináší mnohá pozitiva. Je ekonomicky přijatelný, lze ho bez problémů spustit v průmyslovém měřítku a je vcelku šetrný vůči životnímu prostředí. A, přiznejme si to, exploze jsou sexy. Sorensen jako největší výhodu jejich převratného receptu na grafen vidí to, že na výrobu gramu grafenu spotřebuje jednu jedinou jiskru ze zapalování. A to představuje mnohem méně energie, než u jiných metod výroby grafenu.

Grafen z exploze uhlovodíků. Kredit: Kansas State University.

Jak to bývá u podobných převratných objevů, které šokují svou jednoduchostí, Sorensen a spol. na to přišli úplnou náhodou. Jejich tým totiž původně vyvíjel, a také patentoval aerosolové gely s uhlíkovými sazemi. Udělali přitom to, že naplnili 17 litrovou hliníkovou nádobu acetylénem a kyslíkem a směs pak odpálili zapalovací svíčkou. Saze po výbuchu vytvořily aerosolové gely, které badatelům připomněly chutné dortíky. Detailnější analýzy ale ukázaly, že aerosolové gely z exploze jsou ještě lepší nežli dortíky. Je to totiž grafen.

Logo Kansas State University

Byla to rozhodně šťastná náhoda. A dvojnásobně šťastná v tom, že takový postup je jednoduchý, efektivní, levný a využitelný v průmyslové výrobě. Soudobé postupy výroby grafenu zahrnují zahřívání minerálu grafitu s chemikáliemi typu kyselina sírová, dusičnan sodný, manganistan draselný nebo hydrazin – po dlouhou dobu a v přesně definovaných teplotách. Jiné postupy zase spočívají v zahřátí uhlovodíků na 1000 °C v přítomnosti katalyzátorů. Takové metody výroby grafenu bývají náročné na energii, mívají malou výtěžnost, potřebují problematické chemikálie a někdy jsou i nebezpečné. Sorensen a jeho tým podle všeho dostali výrobu grafenu na úplně jiný level.

Badatelé teď pracují na zlepšení kvality vyráběného grafenu a převádějí výrobu z laboratorních podmínek do průmyslového prostředí. Rovněž vylepšují vybavení, které bylo spíše provizorní. Zatím dostávali grafen z nádoby po explozi během minut, rádi by to zvládli během sekund. Právě rychlost v tomto případě zlepší kvalitu vyráběného grafenu. Jak se zdá, brzy asi kolem nás vyrostou explozivní továrny na grafen.

Video:   Mass Producing Graphene


Literatura
Kansas State University 25. 1. 2017.