Учёные создали новый способ более дешёвой и быстрой характеристики оксида графена (GO), что поможет вывести эту перспективную технологию из лабораторий на рынок.
Исследователи из Королевского колледжа Лондона разработали метод «отпечатков взаимодействия», который создаёт уникальную идентификацию отдельных образцов. Имитируя человеческое чувство вкуса и обоняния, метод может создать качественный снимок материала, не полагаясь на недоступное оборудование для измерений по золотому стандарту, которым управляют команды специалистов.
Обещая более быстрый и дешёвый способ контроля качества оксида графена, учёные надеются устранить барьеры для использования этого материала, способствуя достижениям в области устойчивой электроники и более чистых технологий аккумуляторов.
Новый подход к характеристике оксида графена
С тех пор как исследователи из Манчестера получили Нобелевскую премию по физике в 2010 году за производство графена, интерес к материалам на основе графена значительно возрос. Их малый вес, прочность и проводимость привели к тому, что Центр инноваций в области графена и Национальный институт графена инвестировали 180 миллионов фунтов стерлингов в производство эффективных аккумуляторов, бронежилетов и других продуктов с использованием GO и родственных материалов.
Хотя потенциал графена и GO велик, прогресс в использовании этих материалов за пределами лабораторий был ограничен. В статье 2018 года подчёркивалось, что ненадёжное предложение коммерчески доступного графена и ненадёжные условия тестирования являются основной причиной. Делался вывод, что производители маркируют чёрные порошки как графен и продают их за большие деньги.
Для GO введение различных типов кислорода в одноатомные чешуйки графена может сделать предложение ещё более вариативным. Та же группа исследователей утверждает, что лишь малая часть материала «примерно соответствует тому, что указано на этикетке или в брошюре».
Существующие методы характеристики
Устоявшиеся методы характеристики этих материалов существуют, но анализ каждого образца стоит до 5000 фунтов стерлингов и может занять у команд специалистов месяц. Эти измерения по золотому стандарту также недоступны для многих в научных кругах и промышленности, поскольку многие машины, необходимые для их проведения, стоят непомерно дорого и не получили широкого распространения.
Новая работа использует первое в своём роде молекулярное зондирующее устройство для характеристики GO за небольшую часть времени и стоимости. Это позволяет учёным ускорить свои исследования за пределами лаборатории.
Главный автор, доктор Эндрю Сурман, старший преподаватель химии в Королевском колледже Лондона, объясняет: «Оксид графена действительно перспективен. Но чтобы добиться значительного прогресса, нам нужно подтвердить, что новая партия похожа на предыдущую. Если ваш запас ненадёжен и каждый раз ведёт себя по-разному, как вы будете разрабатывать более качественные продукты? Коммерческие услуги по тестированию новой партии стоят дорого и могут занять недели. Это не всегда осуществимо».
«Наш подход должен позволить исследователям и производителям материалов проводить тесты за пару часов, используя дешёвые инструменты, к которым у них, вероятно, уже есть доступ, чтобы быстро контролировать качество своих образцов на рабочем месте. Это поможет командам устранять неполадки в поставках и убедиться, что то, с чем они работают, соответствует требованиям, освобождая их для важного дела — инноваций в технологиях следующего поколения».
Их метод, опубликованный в Журнале Американского химического общества, смешивает небольшие образцы GO, диспергированные в воде, с серией молекулярных зондов, которые флуоресцируют, пока они взаимодействуют с поверхностью материала.
Поскольку эти молекулы были настроены так, чтобы быть чувствительными к желаемым свойствам материала, таким как уровень кислорода и размер чешуек графена, картина флуоресценции, меняющаяся по всему материалу, может быть отображена математическими методами для получения «отпечатка взаимодействия». Этот снимок характеристики затем можно использовать для различения различных видов GO, например, с низким содержанием кислорода.
Поскольку устройство не зависит от материала, авторы надеются, что их методология зондирования может быть применена к другим передовым материалам, таким как борофен, чтобы облегчить переход из лаборатории на рынок.
Предоставлено Королевским колледжем Лондона.