Franse onderzoekers hebben bedacht hoe je grafeen kunt dispergeren in water zonder oppervlakte-actieve stoffen toe te voegen. Het water grondig ontgassen is de truc, schrijven ze in Nature Chemistry.
De redenering van George Bepete, Carlos Drummond en collega’s van de universiteit van Bordeaux komt er op neer dat een dispersie van grafeen en water niet perfect stabiel kan zijn (die stoffen mengen immers niet), maar in de praktijk niet zo’n haast heeft met ontmengen. Grafeenoppervlakken hebben namelijk de neiging OH--ionen te absorberen en zo zichzelf negatief te laden. Hierdoor gaan de grafeenvelletjes elkaar afstoten. Bij heel lage concentraties kan het maanden duren eer de dispersie als een laagje koolstof op de bodem ligt.
Zitten er echter willekeurige gasbelletjes in het water, dan hechten die zich óók op de grafeenoppervlakken. Komen ze tussen twee velletjes te zitten, dan trekken ze die tegen elkaar aan zodat de klontering ineens veel sneller gaat.
Voor een lang houdbare dispersie van grafeen in water moet je dus twee dingen doen: überhaupt zo’n dispersie maken, en je water vooraf grondig ontgassen.
Dat laatste is een technische kwestie. Het eerste bereiken de Fransen door eerst een dispersie te maken in tetrahydrofuraan (THF), een oplosmiddel dat zowel met water als met grafeen mengt. Zoals gewoonlijk gaan ze uit van grafiet; door kaliumionen tussen de koolstoflagen te laten dringen en vervolgens langdurig hard te roeren. weken ze die laagjes een voor een los. In eerste instantie krijg je dan negatief geladen grafeen oftewel grafenide, maar door contact met zuurstof uit de buitenlucht raakt het die lading snel genoeg weer kwijt.
Aan deze stabiele dispersie voeg je je je ontgaste water toe, en daarna laat je het veel vluchtigere THF simpelweg verdampen. Wat overblijft is een dispersie van grafeen in water die stabiel genoeg is om maanden op de plank te blijven staan zonder enig spoor van ontmenging. Als maximale concentratie wordt 0,16 gram per liter opgegeven, wat overeenkomt met een grafeenoppervlak van 2 m2/l.
De Fransen weten nog niet precies waar zulke dispersies allemaal goed voor zijn, maar ze verwachten dat er toepassingen genoeg voor zijn te vinden.
bron: Nature Chemistry
Nog geen opmerkingen