Membran Teknolojisinde Yeni Boyut “GRAFEN”. MIT mühendisleri tarafından geliştirilen üretim prosesi, membran teknolojilerinde ve diğer uygulamalarda kullanılmak üzere büyük ölçekte grafen şeritleri üretilmesinin önünü açabilir. Ekibin sonuçları, tuzlar, daha büyük iyonlar, proteinler veya nanopartiküller dahil olmak üzere çeşitli molekülleri filtreleyen membranlarda kullanılmak üzere yüksek kaliteli grafen üretmek için endüstriyel ve ölçeklenebilir bir yöntemin ilk neticeleridir. Bu membranlar tuzdan arındırma, biyolojik ayırma ve diğer uygulamalar için faydalı olabilir.
MIT akademisyenlerinden John Hart, “Araştırmacılar, grafenleri ultra ince membranlar elde etmek için potansiyel bir aday olarak düşünmüşlerdir. Yöntemimizin, grafen üretimini membran uygulamalarına uygun hale getiren ilk çalışma olduğuna inanıyoruz” diyor.
Birçok araştırmacı için grafen, filtrasyon membranlarında kullanılmak için idealdir. Tek bir grafen tabakası, malzemeyi son derece sert ve en küçük atom olan helyumu bile geçirmez hale getiren karbon atomlarından oluşur.
Çoğunlukla, bilim insanları grafenleri kimyasal buhar birikimi denen bir süreçle sentezliyorlar. İlk olarak bir bakır folyo örneği ısıtılır ve üzerine karbon ve diğer gazların birleşimlerini çökertilir.
Grafen bazlı membranlar çoğunlukla küçük partiler halinde yapılmaktadır. Ancak Hart ve meslektaşları, grafen membranların ticari olarak kullanılması durumunda yüksek miktarlarda, yüksek oranlarda ve güvenilir performansla üretilmeleri gerektiğine inanmakta.
Hart, “Sanayileşme için sürekli bir süreç olması gerektiğini biliyoruz. Ticari olarak kullanılan membranların oldukça büyük olması gerekir” diyor.
Araştırmacılar, membran kalitesinde grafen yapmak için uçtan uca, baştan sona bir üretim süreci oluşturmak için yola çıktılar.
Tasarım, büyük miktarlarda ve yüksek oranda yüksek kaliteli grafen üretmek için kimyasal buhar birikimi yoluyla yapılan yaygın grafen-üretim tekniği ile, ince tabakaların sürekli işlenmesi için ortak bir endüstriyel yaklaşım olan roll-to-roll yaklaşımını birleştirir. Sistem, küçük bir fırından geçen bir konveyör bandıyla birbirine bağlanan iki makaradan oluşur.
Folyo ilk tüpten geçer, belli bir ideal sıcaklığa kadar ısınır, bu noktada ikinci tüpten geçmeye hazırdır, burada bilim adamları grafen üretmek için ısıtılmış folyo üzerine belirli bir oranda metan ve hidrojen gazı pompalarlar.
Grafen fırından çıkarken, ikinci makaraya yuvarlanır. Araştırmacılar, folyoyu sürekli olarak sistem üzerinden besleyebildiklerini ve dakikada 5 santim hızla yüksek kalitede grafen üretebilmeyi başardılar. En uzun koşular yaklaşık dört saat sürdü ve bu süre boyunca yaklaşık 10 metre sürekli grafen üretmeyi başlardılar.
Araştırmacılar, grafen membranlarla difüzyon testleri gerçekleştirdiler ve her bir membran boyunca bir su, tuz ve diğer moleküllerin bir çözeltisini akıttılar. Genel olarak, membranların molekülleri filtreleyerek akışa dayanabildiklerini keşfettiler.
Takım aynı zamanda farklı hızlarda, farklı oranlarda metan ve hidrojen gazı ile çalıştı ve her çalışmadan sonra ortaya çıkan grafenin kalitesini karakterize etti. Grafenin kalitesi ile üretim sürecinin hız ve gaz oranları arasındaki ilişkiyi göstermek için grafikler çizdiler. Araştırma ekibi, diğer tasarımcıların benzer kurulumlar yapabilmeleri durumunda, belirli bir grafen kalitesi üretmek için ihtiyaç duydukları ayarları belirlemek için ekibin grafiklerini kullanabileceğini söylüyor.
Hart, “Şimdilik, bu sürecin ölçeklendirilebileceğini gösterdik ve bu durumun grafen bazlı membran teknolojilerine olan ilgiyi artırdığını ve ticarileştirme yolunu sağladığını umuyoruz” dedi.
Kaynak : MIT
