Grafeen is een materiaal met ongelofelijke eigenschappen. Met 100 keer de kracht van staal is grafeen het sterkste materiaal dat ooit is getest. Het is bovendien buitengewoon geschikt als halfgeleider omdat het honderd keer sneller geleid dan het nu veel gebruikte silicium.
De toepassingen van grafeen – wat gemaakt wordt van pure carbon – zijn dan ook enorm. Denk aan supergeleiders, hoog gevoelige sensors en batterijen. Er is echter een groot probleem. Het materiaal om grafeen van te maken (grafiet) is niet duur, maar het industrieel proces wel. Dat is buitengewoon complex en kostenintensief. Daarom laat een echte doorbraak van grafeen al jaren op zich wachten. Maar de Technische Universiteit Delft schept met een nieuw model voor het industrieel proces nu hoop op verbetering.
liquid-phase exfoliation
Er zijn verschillende technieken om grafeen te produceren, de een nog duurder dan de ander. Een van de meest veelbelovende technieken is door middel van “liquid-phase exfoliation”. Bij deze techniek wordt grafiet in een vloeibare omgeving heel dun geschaafd totdat er lagen van grafeen zich losmaken van het bulkmateriaal.
In het laboratorium werkt deze techniek al. Maar dat is op basis van trial-and error. Het lukt met andere woorden nog niet op continue basis. Daarvoor moet eerst meer bekend zijn over verschillende parameters die belangrijk zijn in het industrieel proces. Een onderzoeksteam onder leiding van Lorenzo Botto heeft hiervoor nu een model ontwikkeld. Dit model kan volgens de TU Delft worden gebruikt in software voor de optimalisatie van grootschalige productieprocessen.
Botto: “Het exfoliatie proces is moeilijk te modelleren. De aanhechting tussen grafeenlagen is niet eenvoudig te kwantificeren en de dynamische krachten die de vloeistof op het grafiet uitoefent zijn gevoelig en afhankelijk van de oppervlakte-eigenschappen en de geometrie.” De teamleden Catherine Kamal en Simone Gravelle hebben nu echter een model ontwikkeld en getest dat op basis van simulaties van moleculaire dynamica heeft bewezen dat het zeer accuraat kan zijn.
De onderzoeksresultaten van het team onder leiding van Botto zijn gepubliceerd in het Journal of Chemical Physics.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
