Dodano: 17 lipiec 2019r.

Naukowcy opracowali tanią metodę wytwarzania grafenu przy pomocy bakterii

Naukowcy opracowali tanią metodę produkcji grafenu, materiału, który ma potencjał, by zrewolucjonizować technologię. Do pomocy zaprzęgli bakterie. Nowy sposób jest nie tylko tańszy, ale też szybszy i bardziej przyjazny dla środowiska niż obecne techniki wytwarzania tego materiału.

 

Grafen - płatek węgla tak cienki jak pojedyncza warstwa atomów - jest rewolucyjnym nanomateriałem ze względu na jego zdolność do łatwego przewodzenia elektryczności, a także jego nadzwyczajną wytrzymałość mechaniczną i elastyczność. Jest 300 razy bardziej wytrzymały niż stal, a do tego niezwykle lekki. Ma też właściwości bakteriobójcze, jest wodoodporny oraz niemal przeźroczysty.

W 2010 roku za badania nad grafenem Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow z Uniwersytetu w Manchesterze otrzymali nagrodę Nobla. Sam opis teoretyczny materiału powstał jednak dużo wcześniej, bo w 1947 roku. 

 

O grafenie jest głośno już od dłuższego czasu. Materiał ten może znaleźć wiele zastosowań i ma potencjał, by umożliwić przejście do technologii nowej generacji. Jednak główną przeszkodą w zastosowaniu go w urządzeniach codziennych użytku jest wytwarzanie grafenu na dużą skalę, przy jednoczesnym zachowaniu jego niesamowitych właściwości.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie „ChemOpen” Anne S. Meyer, profesor biologii na University of Rochester w Nowym Jorku oraz jej współpracownicy z Delft University of Technology w Holandii opisują sposób pokonania tej bariery.

Badacze w publikacji przedstawili swoją metodę wytwarzania materiałów grafenowych przy użyciu nowej techniki: mieszania utlenionego grafitu z bakteriami. Ich metoda jest bardziej ekonomicznym, oszczędzającym czas i przyjaznym dla środowiska sposobem wytwarzania materiałów grafenowych w porównaniu z obecnymi technikami produkcji tego materiału.

Grafen jest ekstrahowany z grafitu, materiału, który można znaleźć w zwykłym ołówku. Materiał o grubości dokładnie jednego atomu jest najcieńszym, ale też najsilniejszym dwuwymiarowym materiałem znanym badaczom. Metoda zastosowana przez wspomnianych wcześniej noblistów jest mało opłacalna.

- Do prawdziwych zastosowań potrzeba dużych ilości. Wytwarzanie tych dużych ilości jest wyzwaniem i zazwyczaj powoduje, że grafen jest grubszy i mniej czysty. Tu właśnie pojawiła się nasza praca – powiedział Mayer.

Aby wyprodukować większe ilości materiałów grafenowych Meyer i jej koledzy zaczęli od wytworzenia tlenku grafenu (GO), który następnie zmieszali z bakterią Shewanella oneidensis. Miksturę pozostawili na noc, by bakterie wykonały swoje zadanie. W tym czasie drobnoustroje usuwają większość grup tlenowych z GO i pozostawiają w rezultacie materiał grafenowy.

- Tlenek grafenu jest łatwy do wytworzenia, ale nie jest zbyt przewodzący ze względu na znajdujące się w jego strukturze grupy tlenowe. Bakterie usuwają większość grup tlenowych, które zamieniają go w materiał przewodzący – wyjaśniła Mayer.

Korzystając z tego procesu można wytwarzać grafen w takiej skali, jaka jest niezbędna dla następnej generacji urządzeń komputerowych i medycznych - wykorzystując połączenie siły, elastyczności i przewodności.

Podczas gdy wytwarzany bakteriami materiał grafenowy stworzony w laboratorium Meyer jest przewodzący, jest również cieńszy i bardziej stabilny niż grafen produkowany chemicznie. Można go dodatkowo przechowywać przez dłuższy czas, dzięki czemu doskonale nadaje się do różnych zastosowań.

Grafen został po raz pierwszy wyprodukowany przy użyciu taśmy klejącej poprzez mechaniczne odrywanie materiału z wysokiej jakości grafitu. Obecnie jest on wytwarzany za pomocą wielu różnych metod chemicznych, ale ta nowo odkryta technika może być najbardziej obiecująca.

Źródło: University of Rochester