Un equipo de KAIST desarrolló una tecnología que permite la producción en masa de dispersión de nanomateriales bidimensionales (2-D) utilizando la fuerza de corte característica de la energía hidráulica.

La dispersión de nanohojas 2-D se puede aplicar directamente a procesos basados ​​en soluciones para fabricar dispositivos para electrónica, así como para almacenamiento y conversión de energía. Se espera que se utilice en estos dispositivos con un rendimiento mejorado.

Se han realizado numerosas investigaciones sobre la producción en masa de varios nanomateriales 2-D porque muestran características físicas y químicas sobresalientes cuando son realmente 2-D.

Con fuerza mecánica fuerte o reacción química solamente, cada método de exfoliación existente tiene su limitación para hacer material 2-D cuando aumenta la escala de fabricación. También enfrentan problemas de alto costo y largo tiempo de proceso.

Es más, Las nanoláminas 2-D por exfoliación tienen tendencia a aglomerarse debido a la energía superficial. Generalmente, Se requiere disolvente o tensioactivo orgánico para obtener un alto rendimiento y concentración de material 2-D minimizando la aglomeración.

Después de varios años de investigación, El profesor Do Hyun Kim del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular y su equipo verificaron que el cizallamiento optimizado en su reactor proporcionaba la mayor eficiencia para la exfoliación de nanomateriales. Para la mayor capacidad del reactor, seleccionaron un flujo y un agente dispersivo para desarrollar una alta velocidad, Proceso de producción en masa para obtener nanohojas 2-D mediante exfoliación física con una solución acuosa.

El equipo propuso un reactor de flujo basado en el flujo de Taylor-Couette, que tiene la ventaja de una alta velocidad de cizallamiento y eficiencia de mezcla incluso en reactores de gran capacidad.

En esta investigación, El profesor Young-Kyu Han de la Universidad de Dongguk en Seúl llevó a cabo el cálculo ab initio para seleccionar el agente dispersivo. Según su cálculo, un líquido iónico puede estabilizar y dispersar nanomateriales 2-D incluso en una pequeña concentración. Este cálculo podría maximizar la eficacia exfoliante.

El profesor Bong Gill Choi de la Universidad Nacional de Kangwon llevó a cabo la evaluación del dispositivo hecho de la dispersión resultante. El equipo utilizó un proceso de filtración por membrana para hacer una película flexible y altamente conductora de material 2-D. A continuación, se aplicó la película para producir un electrodo para el dispositivo supercondensador con una capacidad por volumen muy alta. También confirmaron su estabilidad en su dispositivo supercondensador.

Adicionalmente, aplicaron nanomateriales dispersivos, incluido el grafeno, disulfuro de molibdeno (MoS₂), y nitruro de boro (BN) a tinta de impresora de inyección de tinta y patrones de nanomateriales de espesor micrométrico en papel A4. La tinta de grafeno no mostró pérdida de propiedades eléctricas después de la impresión sin tratamiento térmico adicional.

El profesor Kim dijo:"Esta nueva tecnología para la producción masiva de nanomateriales a alta velocidad se puede aplicar fácilmente a varios nanomateriales bidimensionales. Acelerará la producción de dispositivos altamente eficientes para optoelectrónica, biosensores, y unidades de almacenamiento / conversión de energía de bajo costo ".