शोधकर्ताओं ने 2डी सामग्री बनाने की एक नई तकनीक का प्रदर्शन किया है जो कमरे के तापमान पर चलती है और जहरीले सॉल्वैंट्स का उपयोग किए बिना, मौजूदा तरीकों की तुलना में उत्पादन दर को दस गुना बढ़ा देती है।
मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग के डॉ. जेसन स्टैफोर्ड के नेतृत्व में वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया कि इस विधि से कंडक्टर, सेमीकंडक्टर और इंसुलेटर की नैनोशीट तैयार की जा सकती है। यह शोध जर्नल में प्रकाशित हुआ था छोटा.
डॉ स्टैफोर्ड ने कहा: “हमारा काम 2डी सामग्री बनाने का एक नया तरीका दिखाता है जो मौजूदा तरीकों की उत्पादन क्षमता के मुद्दों को दूर करता है, साथ ही टिकाऊ विनिर्माण प्रथाओं को भी शामिल करता है।”
कतरनी मिश्रण, एक उच्च ऊर्जा प्रक्रिया जो तीव्र यांत्रिक बल का उपयोग करती है, और लंबे समय तक चलने की आवश्यकता होती है, और सोनिकेशन, जो पूर्ववर्ती सामग्री को नैनोशीट्स में फ्रैक्चर करने के लिए अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग करता है, सामग्री की अपेक्षाकृत कम सांद्रता पर काम करता है, इसलिए कम उत्पादन दर और उच्च विलायक अपशिष्ट होता है।
बॉल-मिलिंग एक कम-विलायक विकल्प है और उच्च पैदावार की सूचना दी गई है, लेकिन इस विधि में लंबे समय तक प्रसंस्करण समय होता है, मिलिंग माध्यम से संदूषण का खतरा होता है, और नैनोमटेरियल की संरचना में दोष उत्पन्न हो सकता है।
उच्च उत्पादन लागत, असंगत सामग्री गुणवत्ता, बड़े पैमाने पर उत्पादन में तकनीकी बाधाएं और महत्वपूर्ण और गैर-नवीकरणीय कच्चे माल पर निर्भरता के साथ ग्राफीन का निर्माण विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण साबित हुआ है। बड़े पैमाने पर औद्योगिक मांग को पूरा करने के लिए उच्च उत्पादन दर और टिकाऊ, हरित विनिर्माण तरीकों की आवश्यकता है।
के वैज्ञानिक मैकेनोकैमिस्ट्री और मैकेनिकल प्रोसेसिंग के लिए बर्मिंघम सेंटर ग्राफीन और इलेक्ट्रॉनिक इंसुलेटर हेक्सागोनल बोरान नाइट्राइड, और सेमीकंडक्टर मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड और टंगस्टन डाइसल्फ़ाइड सहित अन्य 2 डी सामग्रियों को संश्लेषित करने के लिए एक उपन्यास यांत्रिक विधि के रूप में उच्च तीव्रता कंपन के उपयोग का प्रदर्शन किया, जो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है।
डॉ स्टैफ़ोर्ड ने कहा: “इन रोमांचक सामग्रियों के लिए वैकल्पिक, अधिक टिकाऊ सिंथेटिक मार्ग बनाकर, हमारे पास औद्योगिक अनुवाद के लिए बाधा को कम करने का अवसर है। इससे भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, कंपोजिट और उत्प्रेरक को सुविधाजनक बनाने में मदद मिलेगी, साथ ही उत्पादन बढ़ने पर अनपेक्षित पर्यावरणीय परिणामों से भी बचा जा सकेगा।”
उन्होंने पाया कि कंपन तकनीक को काम करने के लिए तरल की आवश्यकता होती है, लेकिन जहरीले सॉल्वैंट्स का उपयोग करने के बजाय, शोधकर्ताओं ने इसकी उच्च स्थिरता और कम लागत के कारण, पानी और टैनिक एसिड का उपयोग करके विधि का प्रदर्शन करना चुना।
उनके प्रकाशित कार्य में प्रयोगों, सामग्री लक्षण वर्णन और कंप्यूटर सिमुलेशन को मिलाकर दिखाया गया है कि कैसे सामग्री को कच्चे ‘थोक’ सामग्री से कुछ-परत नैनोशीट में बदल दिया जाता है।
ग्राफीन संयुक्त इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और मल्टीफ़ेज़ कम्प्यूटेशनल मॉडल पर काम यह पुष्टि करने के लिए करता है कि कंपन गति ग्रेफाइट कणों को किनारों पर मोड़ने का कारण बनती है, पतली परत वाली सामग्री में विभाजित होने से पहले, मूल कण को छीलने से पहले, और अंत में तरल चरण में उच्च तनाव दर से गुजरते हुए परमाणु रूप से ग्राफीन की पतली शीट बनाती है।
प्रायोगिक कार्य से पता चला कि कंपन विधि काफी उच्च सांद्रता पर कार्य करती है, और इसलिए सोनिकेशन या कतरनी मिश्रण की तुलना में उच्च उत्पादन दर प्रदान करती है। ग्राफीन उत्पादन के शुरुआती चरण, जहां विभाजन से पहले किनारों पर अग्रदूत मोड़ होते हैं, पांच मिनट के भीतर पता चला था, और स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण से पता चला कि कंपन एक्सफोलिएशन दृष्टिकोण ग्राफीन नैनोशीट्स में दोष पेश नहीं करता है।
डॉ. जेसन स्टैफ़ोर्ड 20 पेटेंटों के सह-आविष्कारक हैं, और बर्मिंघम एंटरप्राइज़ विश्वविद्यालय द्वारा दायर एक पेटेंट आवेदन पर मुख्य आविष्कारक हैं। 2डी और नैनोमटेरियल प्रसंस्करण के लिए उच्च थ्रूपुट विधि.
शोधकर्ता उन वाणिज्यिक कंपनियों से बात करने में रुचि रखते हैं जो पेटेंट का लाइसेंस लेना चाहते हैं या किसी भी तकनीक के आगे के विकास और अनुकूलन में सहयोग करना चाहते हैं। व्यावसायिक पूछताछ के लिए पिलर पेरेज़ हर्टाडो, यूनिवर्सिटी ऑफ बर्मिंघम एंटरप्राइज से संपर्क करें, ईमेल: p.carr.1@bham.ac.uk
2डी सामग्रियों का वाइब्रेशनल एक्सफोलिएशन स्मॉल जर्नल में प्रकाशित है, और यहां उपलब्ध है https://doi.org/10.1002/smll.202511652.
