Technologie výroby nízkovrstvého grafenu

Naše nízkovrstvé grafenové disperze jsou získávány patentovanou metodou, která spočívá v dispergaci grafitu při rezonančních frekvencích.

Rezonance je fyzikální jev, při kterém systém začíná kmitat s maximální amplitudou v reakci na vliv vnější síly s určitou frekvencí, která se shoduje s jeho vlastní (přirozenou) frekvencí. V souvislosti s výrobou nízkovrstvých grafenových disperzí pomocí akustické rezonance to znamená následující:

Akustická rezonance vytváří silné vibrační vlny v disperzním médiu (například ve vodě s rozpuštěnými složkami). Tyto vibrace se účinně přenášejí na částice grafitu a způsobují jeho intenzivní mechanické namáhání. Výsledkem je, že se grafit rozdělí na samostatné tenké desky a vytvoří nízkovrstvý grafen, prakticky bez jeho poškození.

Pro tento způsob výroby grafenu jsme se rozhodli na základě teoretických předpokladů v rozdílu mezi vlastnostmi elementárního a nízkovrstvého grafenu, ve kterém je upřednostňován neelementární grafen.

Vlastnosti nízkovrstvého grafenu získané naší inovativní metodou potvrzují teoretická zdůvodnění řady výhod výsledného grafenu a jsou uvedeny níže:

1. Výhody nízkovrstvého grafenu ve srovnání s elementárním grafenem

● Stabilita konstrukce

Elementární (jednovrstvý) grafen je extrémně citlivý k mechanickému namáhání a snadno a často dochází k jeho poškození. Náš nízkovrstvý grafen, který se skládá ze 3-20 vrstev grafenových listů má mnohem větší mechanickou pevnost a odolnost proti poškození v důsledku mezivrstevních van der Waalsových interakcí. Díky tomu je náš nízkovrstvý graven vhodnější pro kompozitní materiály a materiály baterií, kde je důležitá trvanlivost a odolnost vůči namáhání.

● Zlepšená vodivost v reálném prostředí

Elementární grafen vykazuje nejvyšší teoretickou vodivost, ale v praxi se tato charakteristika v důsledku jeho vad a kontaminace nečistotami zhoršuje. Náš nízkovrstvý grafen si zachovává vysokou vodivost, ale je méně náchylný k degradaci při kontaktu s polymerem a iontově vodivými matricemi. U baterií a superkondenzátorů s obsahem nízkovrstvého grafenu je zajištěn jejich stabilní provoz při cyklickém zatížení.

● Lepší dispergovatelnost v kapalných médiích

Elementární grafen je náchylný k agregaci díky svému vysokému měrnému povrchu a silným interakcím π–π. Náš nízkovrstvý grafen má optimální rovnováhu mezi měrným povrchem a silami mezi vrstvami, což zlepšuje jeho dispergovatelnost, zejména ve složitých směsích. To zjednodušuje proces integrace polymerů, cementů a dalších kompozitních systémů.

2. Vliv disperzních médií obsahujících nízkovrstvý grafen

● Synergický efekt s matricí

Použití disperzních médií, která obsahují složky budoucího kompozitu (například iontové soli pro baterie nebo polymery pro vlákna), vytváří přímou chemickou kompatibilitu. Náš nízkovrstvý grafen lze "zabudovat" do struktury matrice na molekulární úrovni bez dalších postupů.

● Snižování potřeby následného zpracování

Pokud se nízkovrstvý grafen již nachází v kompatibilním prostředí, není třeba odstraňovat rozpouštědla a poté jej znovu dispergovat. Jeho použití šetří čas, snižuje výrobní náklady a snižuje riziko agregace částic grafenu.

3. Úloha metody akustické rezonance v disperzi

● Minimalizace vad

Akustická rezonance (ultrazvukové výroba graenu při rezonančních frekvencích) umožňuje jemně rozdělit grafit na fragmenty s nízkou vrstvou, aniž by došlo ke zničení struktury uhlíkové mřížky. Výsledkem je tvorba vysoce kvalitního grafenu s minimálními strukturálními vadami, což je rozhodující pro zajištění vodivosti a mechanické pevnosti.

● Vysoká homogenita rozložení vrstev

Metoda akustická rezonance pomáhá dosáhnout úzkého rozložení v počtu vrstev grafenových listů (např. 3-10), což je důležité pro řízené vlastnosti materiálu. U baterií a kompozitů je tím zajištěno rovnoměrnější rozložení proudů a mechanického namáhání.

● Kontrola morfologie grafenu

Náš způsob akustické rezonance pro výrobu grafenu lze řídit tak, aby bylo možné dosáhnout různé velikosti a tvaru grafenových desek. To umožňuje optimalizovat výrobu grafenu pro specifické úkoly – ať už jde o flexibilní vodiče nebo pevné bateriové katody.