Graphene-folier giver utroligt stærke, lette strukturer, der leder elektricitet fantastisk effektivt. Teoretisk kan makroskopiske tredimensionelle graphene-strukturer kunne give den samme effekt, men dårlig kontakt mellem folielagene har typisk medført dårlige ledeevner for materialet, så endnu har der ikke været en effektiv 3D-struktur.
Men nu har forskerne Xuebin Wang og Yoshio Bando på Japan’s World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA) samme med partnere i både Japan og Kina skabt en ny metode til at udforme 3D-graphene ved at blæde boble i polymeriske glukoseopløsninger. Det har ført til 3D graphene, der både er robust og som har fremragende elektriske ledeevner.
Forskerne har dannet en sirup med iblandet ammoniumclorid. Under opvarmning dannes den glukiosebaserede polymer, melanoidin, som gennemblæses med bobler fra gas dannet af ammonium. Forskerne har opnået de bedste resultater gennem balancering af ammonium-dekompositionen og glukose-polymeriseringen i denne proces.
I takt med, at boblerne blev større i processen drænedes restsiruppen ud af væggen på boblerne, og under yderligere opvarmning, deoxidering og dehydrogenisering blev melanoidinen gradvist omdannet til en 3D-graphene struktur, hvor skelettet i strukturen opstor i de områder, hvor flere bobler mødtes.
Bobbelstrukturen tillader fri bevægelse af elektroner gennem netværket, så graphenen opnår fuld konduktivitet, ligesom den mekaniske styrke og elasticitet er i top. Strukturen er derfor ekstremt robust, og holdet har efterfølgende kunnet komprimere materialet til 80 procent af sin oprindelige størrelse med et minimalt tab af ledeevnerne eller stabiliteten.
Efter opdagelsen har Yoshio Bando og temaet fremstiller pålidelige produtker på gram-niveau, hvor 3D-graphenen kun koster nogle få kroner pr. gram fremstillet i laboratoriet. Denne billige fremstillingsmetode kan fremover finde vej ind i mang slgs applikationer, blandt andet i kommende superkondensatorer, hvor den maksimale effekttæthed kan give anledning til akkumulering af op til 1MW pr. kilogram graphene-materiale. Det åbner døren til en fremtid, hvor elektriske køretøjer kan blive en helt anden realitet, end tilfældet er i dag, og selv elektriske fly kunne på sigt blive en realitet.
Forskerne i projektet kommer fra institutioner som World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), National Institute for Materials Science (NIMS), Tsukuba 3050044, Japan, School of Chemistry and Chemical Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China og Department of Physics and Materials Science, City University of Hong Kong, Hong Kong 999077.
For yderligere oplysninger:
International Center of Materials Nanoarchitectonics (MANA)
National Institute for Materials Science
1-1 Namiki Tsukuba, Ibaraki 305-0044 JAPAN
Tlf.: 0081-29-860-4710
E-mail: mana-pr@ml.nims.go.jp
