वैज्ञानिकों ने रोल में ग्राफीन के उत्पादन के लिए तकनीक विकसित की है

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और दुनिया के अन्य विश्वविद्यालयों के वैज्ञानिकों के एक समूह ने विभिन्न अणुओं - लवण, आयनों, प्रोटीन और नैनोकणों को छानने के लिए आवश्यक अल्ट्रैथिन झिल्ली में उपयोग के लिए ग्राफीन के उत्पादन के लिए एक स्केलेबल प्रक्रिया प्रस्तुत की। एक ग्रेफीन टेप को 1 सेंटीमीटर चौड़ा और 10 मीटर लंबा बनाने के लिए 4 घंटे में नई विधि की अनुमति दी गई है। निरंतर औद्योगिक उत्पादन के लिए विधि को बढ़ाया जा सकता है।

ग्राफीन आधारित झिल्लियां विलवणीकरण, जैविक पदार्थों के पृथक्करण और अन्य उद्देश्यों के लिए उपयोगी हो सकती हैं।



मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की उत्पादन प्रयोगशाला के निदेशक जॉन हार्ट ने अध्ययन का नेतृत्व किया, जिसमें संयुक्त राज्य अमेरिका और सिंगापुर के विश्वविद्यालयों के वैज्ञानिकों ने भाग लिया, साथ ही कैलटेक, विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान के पूर्व छात्र आंद्रेई वत्सिख के विशेषज्ञ थे। “पिछले कुछ वर्षों में, वैज्ञानिक ग्राफीन को पराबैंगनी झिल्ली बनाने के लिए एक आशाजनक सामग्री मानते हैं। हमारा अध्ययन झिल्ली के लिए ग्राफीन के उत्पादन के लिए दुनिया की पहली विधि का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें सहजता और उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री जैसी विशेषताओं की आवश्यकता होती है, ”हार्ट कहते हैं।

ग्रेफीन एक छत्ते की तरह की जाली है जो कार्बन परमाणुओं की एक परत द्वारा बनाई जाती है, यह सबसे छोटे परमाणु - हीलियम के लिए भी टिकाऊ और अभेद्य है। झिल्ली बनाने के लिए वैज्ञानिक इस संपत्ति का उपयोग करते हैं: आवश्यक आकार के नैनोपोर्स, एक ग्रेफीन शीट में बने, विशिष्ट अणुओं को इसके माध्यम से गुजरने की अनुमति देगा।

ग्राफीन के उत्पादन के लिए मुख्य विधि रासायनिक वाष्प जमाव है , जिसमें तांबे की पन्नी कार्बन के रासायनिक यौगिकों और अन्य गैसों के संपर्क में आती है ताकि उस पर कार्बन जमा हो सके। यह विधि अब तक केवल प्रयोगशाला स्थितियों में, मैनुअल मोड में और छोटे बैचों में झिल्ली के निर्माण की अनुमति देती है।

व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए झिल्ली के उत्पादन के लिए, एक सतत प्रक्रिया स्थापित करना आवश्यक है - छोटे टुकड़ों से सामग्री की पर्याप्त मात्रा बनाना असंभव है। कुछ उद्देश्यों के लिए झिल्ली काफी बड़ी हो सकती है, जो प्रयोगशाला स्थितियों के लिए एक असंभव कार्य भी बन जाती है।

हार्ट और उनके सहयोगियों को उम्मीद है कि उनके द्वारा बनाई गई विधि उन्हें औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन स्थापित करने और इसका व्यवसायीकरण करने की अनुमति देगी। वैज्ञानिकों ने एक उत्पादन श्रृंखला में रोल तकनीक और रासायनिक वाष्प जमाव को संयुक्त किया है।

रोल तकनीक - प्लास्टिक या पन्नी के लचीले रोल पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण की प्रक्रिया। इस मामले में, वैज्ञानिकों ने 1 सेंटीमीटर से कम की चौड़ाई के साथ तांबा पन्नी की लंबी पट्टी के आधार के रूप में लिया। प्रणाली में दो कॉइल होते हैं जिसके बीच एक छोटी भट्टी रखी जाती है। एक कॉइल पन्नी की एक पट्टी को उजागर करता है, जो क्रमिक रूप से दो पाइपों से गुजरता है।

पहला पाइप 1000 डिग्री सेल्सियस के आवश्यक तापमान तक गरम किया जाता है। दूसरे पाइप में, टेप मीथेन और हाइड्रोजन गैस के अनुपात से प्रभावित होता है, जो ग्रेफीन का उत्पादन करने के लिए गर्म पन्नी पर जमा होता है। वैज्ञानिकों ने ध्यान दिया कि ग्राफीन पहले द्वीपों पर बसता है, जो तब एकल पत्ती तक बढ़ता है। "ओवन छोड़ने के बाद, ग्राफीन पूरी तरह से पन्नी को एक परत में कवर करता है, जैसे कि यह पिज्जा की एक लंबी शीट थी," हार्ट कहते हैं।



सामग्री की एक पट्टी एक दूसरे रोल पर घाव होती है, जिसके बाद तांबे की पन्नी खोदी जाती है और पॉलीमर सब्सट्रेट से बदलकर छिद्रों के छिद्रों से बड़ा होता है ताकि सामग्री कर्ल न हो और अपना आकार खो दे। वैज्ञानिकों ने विभिन्न फ़ीड दरों पर प्राप्त झिल्ली के नमूनों के साथ प्रसार परीक्षण किया। उन्होंने पानी, लवण और अन्य अणुओं को फ़िल्टर किया, और परिणामस्वरूप, उन्होंने पुष्टि की कि निस्पंदन प्रदर्शन प्रयोगशालाओं में उत्पादन के मानक मैनुअल तरीकों का उपयोग करके प्राप्त झिल्ली के बराबर था।

नई प्रणाली, 5 सेंटीमीटर प्रति मिनट की गति से, 4 घंटे में लगभग 10 मीटर ग्राफीन टेप का उत्पादन करना संभव बनाती है। विभिन्न प्रयोजनों के लिए आवश्यक विभिन्न गुणवत्ता की सामग्री प्राप्त करने के लिए पन्नी की फीड गति और टेप की चौड़ाई को बदलकर प्रक्रिया को बढ़ाया जा सकता है।

ग्राफीन विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग के लिए आशाजनक सामग्रियों में से एक है। IDTechEx अंतर्दृष्टि विशेषज्ञ 2027 तक $ 300 मिलियन तक इस सामग्री का उपयोग करने वाले उत्पादों के लिए बाजार के विकास की भविष्यवाणी करते हैं। वैज्ञानिक और वाणिज्यिक कंपनियां बायोसिप्स में ग्राफीन का उपयोग अपनी संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए, फोटोसेंसर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में कर रही हैं। कीट कीट ग्राफीन को खिलाने में वैज्ञानिक रेशम के कीड़ों की ताकत बढ़ाने में सक्षम रहे हैं। दो-आयामी कार्बन पर आधारित उत्पादों की व्यावसायिक सफलता के लिए बाधाओं में से एक औद्योगिक पैमाने पर इसके उत्पादन की कठिनाइयां बन गई हैं, जो आज विभिन्न देशों के शोधकर्ता काम कर रहे हैं।

वैज्ञानिक कार्य पत्रिका एप्लाइड मैटेरियल्स एंड इंटरफेसेस में प्रकाशित हुआ है।
DOI: 10.1021 / acsami.8b00846 /