グラフェンなどの炭素フィルムは、非常に軽量でありながら非常に強度が高く、優れた応用可能性を秘めた材料ですが、製造が難しく、多くの人的資源と時間のかかる戦略が必要であり、製造方法は高価で環境に優しくありません。
大量のグラフェンを生産するにあたり、現在の抽出方法の実施で遭遇する困難を克服するために、イスラエルのベン・グリオン・ネゲブ大学の研究者らは、光学、電子工学、生態学、バイオテクノロジーなど幅広い分野に適用できる「グリーン」グラフェン抽出法を開発した。
研究者たちは、機械的分散法を用いて天然鉱物ストリオライトからグラフェンを抽出しました。その結果、この鉱物は工業規模のグラフェンおよびグラフェン類似物質の製造に有望であることが分かりました。
ヒポフィボールの炭素含有量は異なる場合があります。炭素含有量に応じて、ヒポフィボールの用途は異なります。触媒特性を目的としたタイプもあれば、殺菌特性を持つタイプもあります。
次亜輝石の構造特性により、酸化還元プロセスでの用途が決定され、高炉製造や鋳造（高シリコン）鋳鉄の合金鉄製造にも使用できます。
ハイポフィライトは、その物理的・機械的特性、嵩密度、優れた強度と耐摩耗性に加え、様々な有機物を吸着する能力も備えているため、実際にフィルター材として使用することができます。また、水源を汚染する可能性のあるフリーラジカル粒子を除去する能力も実証されています。
次亜輝石は、細菌、胞子、単純な微生物、藍藻類を水から除去し、消毒・浄化する能力を示します。マグネシアは高い触媒作用と還元作用を持つことから、廃水処理の吸着剤としてよく使用されます。
（a）分散したハイポフィライトサンプルの倍率X13500倍および倍率X35000倍のTEM像。（c）処理されたハイポフィライトのラマンスペクトルおよび（d）ハイポフィライトスペクトル中の炭素線のXPSスペクトル
グラフェン抽出
グラフェン抽出のための岩石の準備として、2人は走査型電子顕微鏡（SEM）を用いてサンプル中の重金属不純物と多孔性を調べました。また、他の実験室的手法を用いて、ハイポミアリングボールの全体的な構造組成と他の鉱物の存在を確認しました。
サンプルの分析と準備が完了した後、研究者らはデジタル超音波洗浄機を使用してカレリアのサンプルを機械的に処理し、閃緑岩からグラフェンを抽出することに成功した。
この方法を使用すると、大量のサンプルを処理できるため、二次汚染の危険がなく、その後のサンプル処理方法は必要ありません。
グラフェンの並外れた特性は科学研究界全体で広く知られており、多くの製造・合成方法が開発されてきました。しかし、これらの方法の多くは、多段階のプロセスを必要とするか、化学物質や強力な酸化・還元剤の使用を必要とします。
グラフェンをはじめとする炭素膜は大きな応用可能性を示し、研究開発においても一定の成功を収めていますが、これらの材料を用いたプロセスは依然として開発途上です。課題の一つは、グラフェン抽出のコスト効率を高めることであり、そのためには適切な分散技術を見つけることが鍵となります。
この分散法や合成法は手間がかかり、環境にも優しくなく、また、これらの技術の強みにより、製造されたグラフェンに欠陥が生じ、期待される優れたグラフェンの品質が低下する可能性もあります。
超音波洗浄機をグラフェン合成に応用することで、多段階にわたる化学合成法に伴うリスクとコストを削減できます。この方法を天然鉱物であるハイポフィライトに適用することで、環境に優しいグラフェン製造方法への道が開かれました。
投稿日時: 2021年11月4日
