グラフェンなどの炭素膜は、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、通常は多くの人員と時間のかかる手法が必要となり、製造方法は高価で環境にも優しくありません。
大量のグラフェンを生産するにあたり、既存の抽出方法の実施に伴う困難を克服するため、イスラエルのネゲブ・ベングリオン大学の研究者らは、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応用可能な「グリーン」なグラフェン抽出方法を開発した。
研究者ら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た。その結果、鉱物ハイポフィライトは工業規模でのグラフェンおよびグラフェン類似物質の生産において有望な可能性を秘めていることが分かった。
ヒポフィボールの炭素含有量は様々である。炭素含有量によって、ヒポフィボールの用途は異なる。触媒特性を持つものもあれば、殺菌特性を持つものもある。
半輝石の構造的特徴は、酸化還元プロセスにおけるその用途を決定づけるものであり、高炉製造や鋳造（高ケイ素）鋳鉄のフェロアロイ製造にも利用できる。
ヒポフィライトは、その物理的・機械的特性、嵩密度、優れた強度と耐摩耗性により、様々な有機物を吸着する能力も備えているため、実際にろ過材として使用できる。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る。
次亜輝石は、細菌、胞子、単純な微生物、藍藻類などを除去し、水を消毒・浄化する能力を示す。酸化マグネシウムは、その高い触媒作用と還元作用により、廃水処理用の吸着剤としてよく用いられる。
(a) 分散したハイポフィライト試料の13500倍拡大TEM像、および(b) 35000倍拡大TEM像。(c) 処理し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に岩石を準備するにあたり、2人は走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて試料中の重金属不純物と多孔性を調べた。また、他の実験手法を用いて、ハイポフィボールの一般的な構造組成や他の鉱物の存在も確認した。
試料の分析と準備が完了した後、研究者たちはカレリア産の閃緑岩試料をデジタル超音波洗浄機を用いて機械的に処理し、そこからグラフェンを抽出することに成功した。
この方法では多数のサンプルを処理できるため、二次汚染のリスクがなく、後続のサンプル処理方法も不要です。
グラフェンの並外れた特性は、科学研究コミュニティ全体に広く知られるようになり、多くの製造・合成方法が開発されてきた。しかし、これらの方法の多くは多段階のプロセスであったり、化学物質や強力な酸化剤・還元剤の使用を必要としたりする。
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果を上げていますが、これらの材料を用いたプロセスは依然として開発段階にあります。課題の一つは、グラフェンの抽出を費用対効果の高いものにすることであり、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。
この分散法または合成法は手間がかかり、環境にも優しくない。また、これらの技術の強度によっては、生成されるグラフェンに欠陥が生じ、期待されるグラフェンの優れた品質が低下する可能性がある。
超音波洗浄器をグラフェン合成に用いることで、多段階法や化学合成法に伴うリスクとコストを排除できる。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、環境に優しい新たなグラフェン製造方法が開拓された。
投稿日時：2021年11月4日
