研究者、家庭用ミキサーと電子廃棄物を使ってグラフェンを製造成功

グラフェンは「奇跡の材料」と称され、先進的な電子製品、バッテリー、センサー、超強力な複合材料に使用されます。しかし、最新の研究によれば、この材料を生産するために高価な設備や希少な化学物質は必ずしも必要ではないかもしれません。アイルランドのダブリンシティ大学の材料科学の助教授であるConor Boland氏は、The Conversationに寄稿し、研究チームが一般的なキッチンブレンダー、水道水、古新聞、電子廃棄物から回収したグラファイトを使用して、成功裏にグラフェンを製造したと述べています。

関連する研究は、学術誌ACS Sustainable Resource Managementに発表されました。

グラファイトは無数の層の炭素原子が積み重なってできており、単層構造がグラフェンです。グラファイトは電子機器内部で熱伝導体として一般的に使用され、敏感な部品から熱を取り除くのを助けます。しかし、携帯電話やノートパソコンの使用サイクルが終了すると、これらの材料は一般的に増え続ける電子廃棄物に流れ込みます。Boland氏は、研究者たちがこれらの廃棄されたグラファイトに「第二の生命」を見出そうとしていると述べています。

新聞の繊維がグラフェンの再結合を効果的に防ぐ

実験は液相剥離法の簡略版を使用しました。研究者たちはグラファイトを液体に置き、機械的力を使ってその積み重なった炭素層を分離しましたが、使用したのは一般的な家庭用ブレンダーであり、専門的な実験室の設備ではありません。攪拌が完了した後、完全に分解されていない大きな破片を普通のキッチン用ふるいで濾過しました。新聞には植物繊維の構造的物質であるセルロースが含まれており、研究者たちは古新聞を浸して柔らかくし、洗浄した後、繊維を豊富に含む混合物に攪拌しました。この溶液中でグラファイトを処理すると、セルロース由来の物質が分離されたグラフェンシートを分散状態に保つのに役立ちます。

グラファイトをより薄い炭素シートに分離することは一部の課題に過ぎず、分離後のシートはしばしば再結合します。一般的に、研究者たちはこのような事態を防ぐために選別された溶剤や化学安定剤を使用します。しかし、実験チームはより簡便な代替案として古新聞の繊維を試しました。その結果、この方法は完璧ではないものの、混合物の安定性を大幅に向上させることが示されました。新聞の繊維がない場合、処理後の炭素材料は数分以内に水中で沈殿しますが、繊維を加えると、溶液は数時間使用可能で、簡単に振ることで再混合できます。

ナノ科学研究のハードルを下げる

研究チームは以前に鉛筆の芯、水道水、石鹸、キッチン家電、コーヒーフィルターなどの材料を使用してグラフェンを製造する実験を行っていました。今回の研究では、設備や原料が同様に安価または廃棄されたものであるかどうかをさらに探求しました。ほとんどの実験では市販のグラファイト熱伝導材料を使用しましたが、単一のスマートフォンに含まれるグラファイトの量は限られています。研究者たちは廃棄されたスマートフォンを分解し、そこから十分なグラファイトを回収し、実際の電子廃棄物も同様により薄い炭素シートに処理できることを確認しました。

研究者たちはキッチンブレンダーを工業用グラフェン生産ラインの代わりに使用することを推奨していませんが、この作業は初期研究に対してより低いハードルで広く普及可能なモデルを提供します。学校、コミュニティラボ、小規模な研究機関は、安価な材料を使用して初期処理を行い、その後大学や共有施設を利用して高度な特性分析を行うことができるかもしれません。この研究は、循環材料科学にとっても考慮すべき興味深い例を提供しています。昨日の新聞と廃棄された電子製品が、明日の技術が探求する材料に貢献する可能性があります。実験の中で最も精密な部分は、グラフェンを製造することではなく、ブレンダーが実際に効果を発揮したことを証明することでした。