Вчені розробили новий метод синтезу графена, для якого в якості вихідного реактиву годиться будь-яка тверда речовина з високим вмістом вуглецю, в тому числі харчові викиди, деревне вугілля, нафтовий кокс, автомобільні покришки або змішані пластикові відходи. Цим методом вдалося отримати слабко впорядкований графен з чистотою до 99 відсотків, пишуть автори в журналі.
Графен - одна з аллотропних модифікацій вуглецю, яка являє собою плоскі листи атомарної товщини. Графен має низку унікальних механічних, хімічних та електронних властивостей, що потенційно робить його затребуваним у великій кількості областей науки і техніки. Однак на даний момент широких застосувань у графена немає, оскільки існуючі методи синтезу речовини годяться або для отримання крихітних кількостей високоякісних зразків, або для промислового синтезу неорієнтованих пластівців низької якості.
Більшість способів великомасштабного отримання графена спирається на підхід «зверху-вниз», тобто в тій чи іншій формі використовує розшаровування графіту шляхом його окислення до оксиду, а потім відновлення отриманого з'єднання до окремих лусочок графена. При цьому використовуються сильні і токсичні окислювачі, а матеріал на виході, як правило, невисокої якості через наявність дефектів. Підхід «знизу-вгору», з іншого боку, використовується для синтезу окремих аркушів високої якості, наприклад, за допомогою облоги з газової фази. Деякі з таких методів можна масштабувати, але в такому випадку також не вдається зберегти високу якість продукту.
Американські хіміки під керівництвом Джеймса Тура (James Tour) з Університету Райса придумали новий метод, який частково об'єднує переваги двох існуючих підходів. Автори показали, що пропускання потужного імпульсу електричного струму через багату вуглецем речовину призводить до синтезу великої кількості графена, причому субстратом можуть бути найпоширеніші і найдешевші продукти, які необхідно подрібнити і помістити в керамічну ємність між електродами. У результаті з розумними енерговитратами і без застосування їдких реактивів вдається за одне включення отримувати до декількох грам турбостратного графена, тобто володіє шаровистою структурою, але з випадково повернутими шарами.
Робота ґрунтується на попередніх дослідженнях цієї групи, в яких графен виходив за допомогою опромінення технічного вуглецю лазерними імпульсами. Потім вчені дізналися про роботу іншої групи, в якій металеві наночастинки отримували за допомогою пропускання потужного струму, що має надавати приблизно однаковий вплив - різкий нагрів.
Наступні експерименти з гібридною методикою дозволили знайти параметри електричного імпульсу, що підходять для досягнення необхідних трьох тисяч кельвін, а детальне вивчення зразків підтвердило формування графена. При цьому вихідний субстрат практично повністю випаровується протягом десяти мілісекунд, а потім атоми вуглецю шикуються в потрібну конфігурацію з газової фази.
Автори зазначають, що отриманий матеріал добре підходить як добавка, наприклад, у будівельні матеріали, такі як бетон і асфальт, а також пластмаси. Зокрема, дослідники вже визначили, що додавання синтезованого графену в кількості всього 0,05 об'ємних відсотків збільшує міцність на стиснення у бетону на чверть. Існують також ініціативи щодо поліпшення за допомогою графену дорожніх покриттів і фарб.
Раніше вчені поліпшили каталітичні властивості графена за допомогою пташиного посліду, перетворили його на аномальний магніт і запропонували здешевити його виробництво в сотні разів із застосуванням кори евкаліпту.