Более эффективные способы производства полимерных композитов на основе графена являются ключевым моментом для прихода этой технологии в области микроэлектроники и полимерной промышленности. Однако до сих пор многие из растворителей, использующихся для получения графеновых растворов, токсичны и трудно удаляются из конечного полимерного композита, что неизбежно влияет на его свойства. Как выяснилось в последней работе ученых из Италии, использование в качестве растворителя промышленного красителя, который уже широко применяется в полимерном производстве, позволяет не удалять его из полученного материала в конце процесса. Кроме того, свойства этого красителя и его нетоксичность уже изучены, что снижает риски при включении вещества в композиты на основе графена.

Графен представляет собой двумерный материал из атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. В последнее время этот материал привлек серьезное внимание научно-исследовательского сообщества, а заодно – и огромные средства, инвестируемые в разработки на основе графена, в надежде на коммерческое «освоение» этого чудо-материала, обладающего уникальными свойствами. Однако до сих пор графен так и не смог широко проникнуть в промышленность, поскольку в существующих методиках его производства и обработки есть ряд сложностей.

В настоящее время графен по большей части производится в виде раствора с использованием различных видов растворителей или мыла. Хотя методика сама по себе работает довольно хорошо для фундаментальных исследований, добиться ее масштабирования на крупную промышленность пока сложно.

Решая эту проблему, ученые из исследовательской группы Functional Materials при National Research Council of Italy (Италия) решили протестировать простой подход, основываясь на идее, что, раз уж они производят графен для включения его в качестве добавки в полимеры, почему бы не использовать при его производстве что-то, что уже есть в полимерах.

Исследователи продемонстрировали, что

отшелушивание фрагментов графена от листов графита может быть выполнено при помощи хорошо известных молекул, которые часто используются для получения нужных полимерных материалов в крупном масштабе.

В своей работе ученые исследовали, как молекулы красителя «синий индантрен» взаимодействуют с графитом. Индантрен и его производные представляют собой класс пигментов, которые используются в качестве хлопковых красителей, красок и лаков в течение столетий. Совсем недавно этот краситель также был использован при подготовке жидкого кристалла (предположительно это химическое вещество имеет потенциал в сфере самоорганизации электролюминесцентных органических полупроводников).

Эксперименты показали, что

при нанесении красителя на графит, его молекулы адсорбируются на поверхности кристалла. При ультразвуковой обработке такой системы графит распадается на хлопья графена (однослойного или содержащего всего несколько слоев), которые могут быть стабилизированы в растворе красителя с концентрацией всего 0,1 мг на мл.

Ученые считают, что предложенное ими использование красителя, который очень распространен в промышленности, является серьезным преимуществом предложенной методики.

Предприятия, имеющие дело с крупномасштабным производством с высокой степенью оптимизации (в частности, производством микроэлектронных компонент или полимерной продукции), как правило, отличаются довольно консервативным подходом к введению новых производственных процессов или добавок.

В перспективе соединение графена с этим красителем может найти применение в полимерных композитах для повышения их электропроводности.

В ближайшее время ученые планируют продолжить исследования, чтобы лучше разобраться с взаимодействием между графеном и полимерами.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале 2D Materials.