Prosty i uniwersalny sposób na budowanie materiałów 3-D w przyszłości

Naukowcy z Japonii opracowali prostą technikę zwaną „dyfuzja warstwa po warstwie”. Służy ona do wbudowywania grafenu w pory trójwymiarowych substancji. Technika ta miałaby zastosowanie w urządzeniach takich jak: baterie i superkondensatory. Ich badania zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.

Prosty i uniwersalny sposób na budowanie materiałów 3-D w przyszłości

 Rys.1 Obrazy z mikroskopu elektronowego, grafen wbudowany w porowaty materiał 3D, prawa autorskie: Image courtesy of Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University

Grafen, to ultra-cienka struktura złożona z atomów węgla, która posiada niezwykłe właściwości, takie jak: wysoka wytrzymałość mechaniczna i duże przewodnictwo elektryczne. Została ona zapowiedziana jako materiał nowej generacji, który może zrewolucjonizować wiele istniejących już sektorów technologii i energii.

Jednakże cienka struktura grafenu jest również poważną przeszkodą dla praktycznych zastosowań. Kiedy małe arkusze łączą się ze sobą, układają się w stos, co prowadzi do znacznej utraty unikalnych właściwości materiału. Przedstawiano wiele strategii by rozwiązać ten problem, ale na większą skalę, są one często kosztowne i czasochłonne.

Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy z iCeMS na Uniwersytecie w Kioto użyli zasad rządzących chemią polimerów i wykorzystali je w technice wbudowywania grafenu do porowatych struktur 3D, przy jednoczesnym zapobieganiu układaniu warstw w stos. Umieszczając tlenek grafenu razem z przeciwnie naładowanym polimerem, te dwa elementy mogą tworzyć stabilną warstwę kompozytową, co znane jest jako „międzyfazowe kompleksowanie.”

„Co ciekawe polimer może dyfundować przez warstwę i indukować dodatkowe reakcje, które pozwoliły grafenowemu kompozytowi przekształcić się w grube struktury wielowarstwowe. Stąd, nazwaliśmy ten proces „dyfuzją warstwa po warstwie” – wyjaśnia Jianli Zou, jeden z naukowców projektu.

Rezultat tego procesu to piankowa, porowata struktura, idealna do maksymalnego wykorzystania korzyści grafenu, ze zmiany porowatości z ultra-lekkiej do bardzo gęstej, przez proste zmiany w warunkach eksperymentu. Ponadto, proces ten umożliwia łatwe tworzenie arkuszy o dużej powierzchni, które będą bardzo przydatne jako elektrody i membrany do wytwarzania lub przechowywania energii.

„W tym badaniu zademonstrowaliśmy tylko budowę struktur opartych na grafenie, ale jesteśmy przekonani że nowa technika będzie ogólnym sposobem konstrukcji w znacznie szerszym zakresie nanomateriałów” –  stwierdził Franklin Kim, główny naukowiec w eksperymencie.

  1. Jianli Zou, Franklin Kim. Diffusion driven layer-by-layer assembly of graphene oxide nanosheets into porous three-dimensional macrostructures. Nature Communications, 2014; 5: 5254 DOI: 10.1038/ncomms6254
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141016085856.htm

Opracowała: Olga Polakowska

Korekta: Monika Bryczkowska

 

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*