Une équipe de KAIST a développé une technologie qui permet la production en série de dispersion de nanomatériaux bidimensionnels (2D) en utilisant la force de cisaillement caractéristique de l'énergie hydraulique.

La dispersion de nanofeuillet 2D peut être directement appliquée à des processus basés sur des solutions pour fabriquer des dispositifs pour l'électronique ainsi que pour le stockage et la conversion d'énergie. Il devrait être utilisé dans ces appareils avec des performances améliorées.

Il y a eu de nombreuses recherches sur la production en série de divers nanomatériaux 2D car ils présentent des caractéristiques physiques et chimiques exceptionnelles lorsqu'ils sont vraiment 2D.

Avec une force mécanique forte ou une réaction chimique uniquement, chaque méthode d'exfoliation existante a sa limite pour fabriquer du matériel 2D lorsque l'échelle de fabrication augmente. Ils sont également confrontés aux problèmes de coût élevé et de temps de traitement long.

De plus, Les nanofeuillets 2-D par exfoliation ont tendance à s'agglomérer en raison de l'énergie de surface. D'habitude, un solvant organique ou un tensioactif est nécessaire pour obtenir un rendement et une concentration élevés de matériau 2-D en minimisant l'agglomération.

Après plusieurs années de recherche, Le professeur Do Hyun Kim du Département de génie chimique et biomoléculaire et son équipe ont vérifié que le cisaillement optimisé dans leur réacteur offrait la plus grande efficacité pour l'exfoliation des nanomatériaux. Pour l'augmentation de la capacité du réacteur, ils ont sélectionné un flux et un agent dispersif pour développer une vitesse élevée, procédé de production en série pour obtenir des nanofeuillets 2D par exfoliation physique avec une solution aqueuse.

L'équipe a proposé un réacteur à flux basé sur le flux de Taylor-Couette, qui a l'avantage d'un taux de cisaillement élevé et d'une efficacité de mélange même sous une grande capacité de réacteur.

Dans cette recherche, Le professeur Young-Kyu Han de l'Université Dongguk de Séoul a effectué le calcul Ab initio pour sélectionner l'agent dispersif. D'après son calcul, un liquide ionique peut stabiliser et disperser un nanomatériau 2D même en faible concentration. Ce calcul pourrait maximiser l'efficacité exfoliante.

Le professeur Bong Gill Choi de l'Université nationale de Kangwon a procédé à l'évaluation du dispositif constitué de la dispersion résultante. L'équipe a utilisé un processus de filtration sur membrane pour fabriquer un film flexible et hautement conducteur de matériau 2D. Le film a ensuite été appliqué pour produire une électrode pour le dispositif supercondensateur avec une capacité par volume très élevée. Ils ont également confirmé sa stabilité dans leur dispositif de supercondensateur.

En outre, ils ont appliqué des nanomatériaux dispersifs dont le graphène, le bisulfure de molybdène ( MoS₂), et du nitrure de bore (BN) à l'encre d'imprimante à jet d'encre et réalisé des motifs de nanomatériaux d'une épaisseur micrométrique sur du papier A4. L'encre au graphène n'a montré aucune perte de propriété électrique après impression sans traitement thermique supplémentaire.

Le professeur Kim a dit :"Cette nouvelle technologie pour la production de masse à grande vitesse de nanomatériaux peut facilement être appliquée à divers nanomatériaux 2D. Elle accélérera la production de dispositifs hautement efficaces pour l'optoélectronique, biocapteurs, et des unités de stockage/conversion d'énergie à faible coût."