Engenheiros da Monash University da Austra¡lia desenvolveram tecnologia pioneira no mundo que pode ajudar a indústria a identificar e exportar grafeno de alta qualidade de forma mais barata, rápida e precisa do que os manãtodos atuais.

Publicado hoje na revista internacional Advanced Science , os pesquisadores usaram o conjunto de dados de um microsca³pio a³ptico para desenvolver um algoritmo de aprendizado de ma¡quina que pode caracterizar propriedades e qualidade do grafeno, sem distorção, em 14 minutos.

Esta tecnologia éuma virada de jogo para centenas de fabricantes de grafeno ou a³xido de grafeno em todo o mundo. Isso os ajudara¡ a aumentar a qualidade e a confiabilidade de seu suprimento de grafeno rapidamente.

Atualmente, os fabricantes são podem detectar a qualidade e as propriedades do grafeno usado em um produto após sua fabricação.

Por meio desse algoritmo, que tem potencial para ser implementado globalmente com suporte comercial, os produtores de grafeno podem ter certeza de produto de qualidade e remover o processo demorado e caro de uma sanãrie de técnicas de caracterização para identificar as propriedades do grafeno, como a espessura e tamanho das camadas atômicas.

O professor Mainak Majumder, do Departamento de Engenharia Meca¢nica e Aeroespacial da Monash University, e do Centro de Transformação da Indústria Habilitada para Grafeno do Australian Research Council liderou este estudo inovador.

Os coautores do estudo são Md. Joynul Abedin e Dr. Mahdokht Shaibani (Monash, Departamento de Engenharia Meca¢nica e Aeroespacial) e Titon Barua (Vimmaniac Ltd., Bangladesh).

"O grafeno possui capacidade extraordina¡ria de condutividade elanãtrica e tanãrmica. a‰ amplamente utilizado na produção de membranas para purificação de água, armazenamento de energia e em tecnologia inteligente, como sensores de carga de peso em pontes de tra¡fego", disse o professor Majumder.

"Ao mesmo tempo, o grafeno ébastante caro quando se trata de uso em grandes quantidades. Um grama de grafeno de alta qualidade pode custar até$ 1.000 AUD ($ 720 USD), uma grande porcentagem dele devido ao caro processo de controle de qualidade.

"Portanto, os fabricantes precisam ter certeza de que estãoadquirindo o grafeno da mais alta qualidade do mercado. Nossa tecnologia pode detectar as propriedades do grafeno em menos de 14 minutos para um aºnico conjunto de dados de resolução 1936 x 1216. Isso economizara¡ tempo vital e dinheiro e estabelecer uma vantagem competitiva em um mercado em crescimento. "

 

Descoberto em 2004, o grafeno éapontado como um material maravilhoso por suas excelentes propriedades leves, finas e ultra-flexa­veis. O grafeno éproduzido atravanãs da esfoliação do grafite. Grafite, uma forma cristalina de carbono com a¡tomos dispostos hexagonalmente, compreende muitas camadas de grafeno.

No entanto, a tradução desse potencial para produtos da vida real e utiliza¡veis ​​tem sido lenta. Um dos motivos éa falta de confiabilidade e consistaªncia do que estãofrequentemente dispona­vel comercialmente como grafeno.

O manãtodo mais amplamente utilizado de produção de folhas de grafeno e a³xido de grafeno épor esfoliação em fase la­quida (LPE). Neste processo, as folhas de camada única são removidas de sua contraparte 3-D, como grafite, filme de a³xido de grafite ou grafite expandido por forças de cisalhamento.

Mas, isso são pode ser obtido com uma amostra seca (ou seja, uma vez que o grafeno foi revestido em uma lâmina de vidro).

"Embora tenha havido uma forte aªnfase nas diretrizes de padronização de materiais de grafeno, não hávirtualmente nenhuma maneira de monitorar o processo fundamental da unidade de esfoliação, a qualidade do produto varia de laboratório para laboratório e de um fabricante para outro", disse o Dr. Shaibani.

"Como resultado, as discrepa¢ncias são frequentemente observadas nas caracteri­sticas de desempenho de propriedade relatadas, mesmo que o material seja considerado grafeno.

"Nosso trabalho pode ser importante para as indaºstrias que estãointeressadas em fornecer grafeno de alta qualidade a seus clientes com funcionalidade e propriedades confia¡veis. Ha¡ várias empresas listadas na ASX tentando entrar neste mercado de bilhaµes de da³lares e esta tecnologia pode acelerar esse interesse . "

Os pesquisadores aplicaram o algoritmo a uma variedade de 18 amostras de grafeno - oito das quais foram adquiridas de fontes comerciais e o restante produzido em um laboratório sob condições de processamento controladas.

Usando um microsca³pio a³ptico polarizado quantitativo, os pesquisadores identificaram uma técnica para detectar, classificar e quantificar o grafeno esfoliado em sua forma natural de dispersão.

Para maximizar as informações geradas a partir de centenas de imagens e um grande número de amostras de maneira rápida e eficiente, os pesquisadores desenvolveram um algoritmo de aprendizado de ma¡quina não supervisionado para identificar clusters de dados de natureza semelhante e, em seguida, usar a análise de imagens para quantificar as proporções de cada cluster.

Abedin disse que este manãtodo tem potencial para ser usado para a classificação e quantificação de outros materiais bidimensionais.

"A capacidade de nossa abordagem de classificar o empilhamento em escala de sub nana´metro a micra´metro e medir o tamanho, a espessura e a concentração da esfoliação em dispersaµes genanãricas de grafeno / a³xido de grafeno éempolgante e oferece uma promessa excepcional para o desenvolvimento de produtos de energia e termicamente avana§ados ", Disse Abedin.

O professor Dusan Losic, diretor do Centro de Transformação da Indústria Habilitada para Grafeno do Conselho de Pesquisa Australiano, disse: "Esses resultados excepcionais de nosso Centro de Pesquisa ARC tera£o um impacto significativo na indústria emergente de grafeno multibiliona¡ria, dando aos fabricantes de grafeno e aos novos usuários finais um controle de qualidade simples ferramenta para definir a qualidade de seus materiais de grafeno produzidos que estãofaltando atualmente. "