Uma equipe KAIST desenvolveu tecnologia que permite a produção em massa de dispersão de nanomateriais bidimensionais (2-D), utilizando a força de cisalhamento característica da energia hidráulica.

A dispersão de nanofolhas 2-D pode ser aplicada diretamente a processos baseados em solução para fabricar dispositivos para eletrônicos, bem como armazenamento e conversão de energia. Espera-se que seja usado nesses dispositivos com desempenho aprimorado.

Tem havido inúmeras pesquisas sobre a produção em massa de vários nanomateriais 2-D porque eles mostram características físicas e químicas excelentes quando são verdadeiramente 2-D.

Com forte força mecânica ou reação química apenas, cada método de esfoliação existente tem sua limitação para fazer material 2-D quando a escala de fabricação aumenta. Eles também enfrentam os problemas de alto custo e longo tempo de processo.

Além disso, As nanofolhas 2-D pela esfoliação têm tendência de aglomeração devido à energia superficial. Usualmente, solvente orgânico ou surfactante é necessário para obter alto rendimento e concentração de material 2-D, minimizando a aglomeração.

Após vários anos de pesquisa, O professor Do Hyun Kim do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular e sua equipe verificaram que o cisalhamento otimizado em seu reator proporcionou a maior eficiência para a esfoliação de nanomateriais. Para o aumento da capacidade do reator, eles selecionaram um fluxo e um agente dispersivo para desenvolver uma alta velocidade, Processo de produção em massa para obter nanofolhas 2-D por esfoliação física com uma solução aquosa.

A equipe propôs um reator de fluxo baseado no fluxo de Taylor-Couette, que tem a vantagem de alta taxa de cisalhamento e eficiência de mistura, mesmo sob grande capacidade do reator.

Nesta pesquisa, O professor Young-Kyu Han da Dongguk University-Seoul realizou o cálculo Ab initio para selecionar o agente dispersivo. De acordo com seu cálculo, um líquido iônico pode estabilizar e dispersar o nanomaterial 2-D mesmo em uma pequena concentração. Este cálculo pode maximizar a eficiência esfoliante.

O professor Bong Gill Choi da Kangwon National University realizou a avaliação do dispositivo feito da dispersão resultante. A equipe usou um processo de filtração por membrana para fazer um filme flexível e altamente condutor de material 2-D. O filme foi então aplicado para produzir um eletrodo para o dispositivo supercapacitor com altíssima capacidade por volume. Eles também confirmaram sua estabilidade em seu dispositivo supercapacitor.

Adicionalmente, eles aplicaram nanomateriais dispersivos, incluindo grafeno, dissulfeto de molibdênio (MoS₂), e nitreto de boro (BN) para tinta de impressora a jato de tinta e padrões de nanomateriais com micrômetros de espessura realizados em papel A4. A tinta de grafeno não mostrou nenhuma perda de propriedade elétrica após a impressão sem tratamento térmico adicional.

Professor Kim disse, "Esta nova tecnologia para a produção em massa de alta velocidade de nanomateriais pode ser facilmente aplicada a vários nanomateriais 2-D. Ela irá acelerar a produção de dispositivos altamente eficientes para optoeletrônica, biossensores, e unidades de armazenamento / conversão de energia com baixo custo. "