Yer Fıstığı Kabuğu Atıklarından Grafen Üretiminde Flash Joule Heating ile Yeni Bir Yöntem

Grafenin, karbon esaslı yapısı nedeniyle yüksek dayanıklılık, hafiflik ve üstün iletkenlik sunan bir malzeme olduğu biliniyor. Günümüzde pek çok alanda kullanılan bu madde, gelecekte tüketici elektroniğini dönüştürecek potansiyele sahip olsa da ölçekli üretimin maliyeti ve zorlukları konusunda sorunlar yaşıyor. Bu bağlamda Avustralya’daki New South Wales Üniversitesi uzmanlarının yürüttüğü çalışma, yer fıstığı kabuklarının grafen üretimini hem daha ucuz hem de bazı geleneksel yöntemlere göre daha çevre dostu kılabileceğini gösterdi.

Çalışmanın temelini lignin olarak adlandırılan, bitkilerde bol bulunan ve karbon açısından zengin doğal bir polimer oluşturuyor. Ekip, kabuklarda bulunan bu maddeyi en verimli şekilde işlemenin yollarını araştırdı ve ardından ışık hızında ısıtma olarak adlandırılan bir süreç olan flash joule heating’i uyguladı. Bu süreçte malzeme birkaç milisaniye içinde binlerce santigrat dereceye ulaşan bir elektrik darbesiyle ısıtılıyor ve bu ani enerji, karbon atomlarının yeniden düzenlenerek grafitik yapılara geçmesini sağlıyor.

Başarı için ön hazırlığın kritik olduğu sonucuna varan araştırmacılar, en iyi sonucu yaklaşık 500 °C’de beş dakika süren dolaylı Joule ısıtması ile başlayan ve ardından kısa süreli daha yüksek sıcaklıklarla devam eden aşamalı bir işlemede elde etti. Bu yaklaşım, kabuklardaki safsızlıkları gidererek onları ham malzeme ile karşılaştırıldığında çok daha yüksek iletkenliğe sahip olan karbon açısından zengin bir kömüre dönüştürdü ve nihai grafende kusurların azalmasına yol açtı.

Üretilen grafenin kalite açısından yüksek olması beklenmesine rağmen çoğunlukla birkaç grafen katmanının üst üste gelmesiyle oluştuğu ifade ediliyor. Ekip, yöntemin ticari ölçekli uygulanabilirliğine ulaşmasının yaklaşık üç ila dört yıl sürebileceğini belirtiyor. Ayrıca başlangıç malzemesinin kalite kontrolünün grafen kalitesini önemli ölçüde artırdığı da sonuçlar arasındadır. Laboratuvar aşamasındaki bu yöntemi geliştirmeye devam edeceklerini söyleyen araştırmacılar, kahve telvesi, muz kabukları ve benzeri biyokütleleri de benzer bir süreçle grafene dönüştürüp dönüştüremeyeceklerini test etmek istiyorlar.

Chemical Engineering Journal Advances dergisinde yayımlanan çalışma, grafen üretiminde biyokütle temelli yaklaşımların potansiyeline dikkat çekiyor.