Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Grafen odnawialną energią przyszłości
Grafen odnawialną energią przyszłości
Szwedzcy naukowcy pracują nad opracowaniem metody konwersji wody oraz dwutlenku węgla na odnawialną energię przyszłości, wykorzystując energię słoneczną i grafen, umieszczony na powierzchni sześciennego węglika krzemu. Właśnie dokonali ważnego kroku w kierunku osiągnięcia tego celu i opracowali metodę, umożliwiającą wytwarzanie kilkuwarstwowego grafenu w ściśle kontrolowanym procesie. Co więcej, grupa badawcza wykazała także działanie grafenu jako nadprzewodnika w określonych warunkach.

 

Węgiel, tlen i wodór to trzy elementy, które można uzyskać, kiedy rozdzielimy cząsteczki dwutlenku węgla oraz wody. Te same elementy są podstawowymi składnikami substancji chemicznych, których używamy do produkcji paliw, takich jak chociażby etanol czy metan. Konwersja dwutlenku węgla i wody na odnawialne paliwo, o ile to możliwe, stanowiłaby alternatywę dla paliw kopalnych, a także przyczyniłaby się do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery. I to właśnie szwedzcy naukowcy próbują osiągnąć.  

Pierwszym krokiem jest opracowanie materiału, który zamierzają wykorzystać. Badacze opracowali wcześniej wiodącą na świecie metodę produkcji sześciennego węglika krzemu, który składa się z krzemu oraz węgla. Sześcienna forma ma zdolność wychwytywania energii ze słońca i tworzenia nośników ładunku. Jednak to nie wystarczy. Grafen, będący jednym z najcieńszych materiałów w historii, odgrywa kluczową rolę w projekcie. Ten nanomateriał zawiera pojedynczą warstwę atomów węgla związaną ze sobą w sześciokątnej sieci przestrzennej. Grafen posiada wysoką zdolność przewodzenia prądu elektrycznego, co jest szczególnie przydatne do konwersji energii słonecznej. Ma także kilka unikatowych właściwości, a możliwe zastosowania grafenu są intensywnie badane na całym świecie.

Dość łatwo jest wytworzyć jedną warstwę grafenu na węgliku krzemu, ale większym wyzwaniem jest produkcja jednorodnego grafenu o dużej powierzchni, który składa się z kilku warstw ułożonej jedna na drugiej. Naukowcy pokazali, że możliwe jest wytworzenie w kontrolowany sposób jednolitego grafenu składającego się z maksymalnie czterech warstw.

Jedną z wad wielowarstwowego grafenu jest to, że powierzchnia staje się nierówna, kiedy w różnych miejscach przybywa warstw. Krawędź, gdzie kończy się jedna warstwa, ma formę maleńkiej, nanoskalowej klatki schodowej. Dla naukowców, pragnących uzyskać duże, płaskie powierzchnie, te stopnie mogą stanowić problem. Szczególnie problematyczne jest, gdy stopnie lokują się w jednym miejscu, tak jak źle zbudowana klatka schodowa, w której połączono kilka schodów, aby utworzyć jeden duży stopień. Naukowcy znaleźli sposób, aby usunąć te skorelowane, duże etapy, poprzez wytwarzanie grafenu w starannie kontrolowanej temperaturze. Co więcej, naukowcy wykazali, że ich metoda pozwala kontrolować, ile warstw będzie zawierał grafen. Jest to pierwszy kluczowy krok w trwającym projekcie badawczym, którego celem jest wytwarzanie paliwa z wody i dwutlenku węgla.

Jednocześnie naukowcy prowadzą badania nad właściwościami elektronowymi wielowarstwowego grafenu wyhodowanego na sześciennym węgliku krzemu. Dzięki nim odkryli, że wielowarstwowy grafen ma niezwykle obiecujące właściwości elektryczne, które umożliwiają wykorzystanie tego materiału jako nadprzewodnika, czyli materiału, który przewodzi prąd elektryczny o zerowej rezystancji elektrycznej. Ta specjalna cecha powstaje wyłącznie wtedy, kiedy warstwy grafenu są ułożone w stosunku do siebie w specjalny sposób.

Teoretyczne obliczenia przewidują, że wielowarstwowy grafen będzie posiadał właściwości nadprzewodzące, pod warunkiem, że warstwy będą ułożone w określony sposób. W nowym badaniu naukowcy po raz pierwszy eksperymentalnie wykazali, że tak właśnie jest. Materiały nadprzewodnikowe stosowane są między innymi w magnesach nadprzewodzących, czyli niezwykle potężnych magnesach, które można znaleźć w aparatach rezonansowych do badań medycznych oraz w akceleratorach cząstek do badań. Istnieje wiele potencjalnych obszarów zastosowań nadprzewodników, takich jak chociażby linie zasilania elektrycznego z zerową utratą energii i pociągi dużych prędkości, które unoszą się na polu magnetycznym. Ich użycie jest obecnie ograniczone przez niezdolność do wytwarzania nadprzewodników, które działają w temperaturze pokojowej, a jak wiadomo, obecnie dostępne nadprzewodniki działają tylko w skrajnie niskich temperaturach.

Źródła
  1. Yuchen Shi, Alexei A. Zakharov, Ivan G. Ivanov, G. Reza Yazdi, Valdas Jokubavicius, Mikael Syväjärvi, Rositsa Yakimova, Jianwu Sun. Elimination of step bunching in the growth of large-area monolayer and multilayer graphene on off-axis 3C SiC (111). Carbon, 2018; 140: 533.
  2. Weimin Wang, Yuchen Shi, Alexei A. Zakharov, Mikael Syväjärvi, Rositsa Yakimova, Roger I. G. Uhrberg, Jianwu Sun. Flat-Band Electronic Structure and Interlayer Spacing Influence in Rhombohedral Four-Layer Graphene. Nano Letters, 2018; 18 (9): 5862.

 

KOMENTARZE
news

<Styczeń 2019>

pnwtśrczptsbnd
31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
1
2
3
Newsletter