Kæmpe flager laver grafenoxidgel

(PhysOrg.com) -- Kæmpe flager af grafenoxid i vand samler sig som en stak pandekager, men uendeligt tyndere, og i processen opnår egenskaber, som materialeforskere kan finde lækre.

Et nyt papir fra forskere ved Rice University og University of Colorado beskriver, hvordan skiver af grafen, den enkeltatomede form af kulstof, i en opløsning arrangere sig selv til at danne en nematisk flydende krystal, hvori partikler er frit svævende, men på linje.

Så meget vidste man allerede. Det nye twist er, at hvis flagerne – i dette tilfælde, grafenoxid – er store nok og koncentrerede nok, de bevarer deres justering, da de danner en gel. Denne gel er en praktisk forløber til fremstilling af metamaterialer eller fibre med unikke mekaniske og elektroniske egenskaber.

Holdet rapporterede sin opdagelse online i denne uge i tidsskriftet Royal Society of Chemistry Blødt stof . Ris forfattere inkluderer Matteo Pasquali, en professor i kemisk og biomolekylær teknik og i kemi; James Tour, T.T. og W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og i datalogi; postdoktoral forskningsassistent Dmitry Kosynkin; og kandidatstuderende Budhadipta Dan og Natnael Behabtu. Ivan Smalyukh, en assisterende professor i fysik ved University of Colorado i Boulder, ledet forskning for sin gruppe, hvor Dan fungerede som gæsteforsker.

"Graphene materialer og væskefaser er et fantastisk forskningsområde, " sagde Pasquali. "Fra et grundlæggende synspunkt, væskefaser, der omfatter flager, er relativt uudforskede, og bestemt også når flagerne har vigtige elektroniske egenskaber.

"Fra et ansøgningssynspunkt, grafen og grafenoxid kan være vigtige byggesten inden for områder som fleksibel elektronik og ledende og højstyrke materialer, og kan tjene som skabeloner til bestilling af plasmoniske strukturer, " han sagde.

Af "gigant, "Forskerne henviste til uregelmæssige flager af grafenoxid op til 10, 000 gange så brede som de er høje. (Det er stadig umuligt lille:i gennemsnit, 12 mikron bred og mindre end en nanometer høj.) Tidligere undersøgelser viste, at mindre stykker uberørt grafen suspenderet i syre ville danne en flydende krystal, og at grafenoxid ville gøre det samme i andre opløsninger, inklusive vand.

Denne gang opdagede holdet, at hvis flagerne er store nok og koncentrerede nok, opløsningen bliver halvfast. Da de begrænsede gelen til en tynd pipette og fordampede noget af vandet, grafenoxidflagerne kom tættere på hinanden og stablede sig spontant op, selvom det er ufuldkomment.

"Den spændende del for mig er den spontane bestilling af grafenoxid til en flydende krystal, som ingen havde observeret før, " sagde Behabtu, et medlem af Pasqualis laboratorium. "Det er stadig en væske, men det er bestilt. Det er nyttigt at lave fibre, men det kan også inducere orden på andre partikler som nanorods."

Han sagde, at det ville være en simpel sag at opvarme den koncentrerede gel og ekstrudere den til noget som kulfiber, med forbedrede egenskaber leveret af "mix-ins".

afprøve mulighederne, forskerne blandede guldmikrotrekanter og glasmikrostave i opløsningen, og fandt ud af, at begge effektivt blev tvunget til at stille op med pandekageflagerne. Deres inklusion hjalp også holdet med at få visuel bekræftelse af flagernes orientering.

Processen giver mulighed for storskala bestilling og justering af sådanne plasmoniske partikler som guld, sølv og palladium nanorods, vigtige komponenter i optoelektroniske enheder og metamaterialer, rapporterede de.

Behabtu tilføjede, at opvarmning af gelen "tværbinder flagerne, og det er godt for den mekaniske styrke. Du kan endda opvarme grafenoxid nok til at reducere det, stripper ilten og forvandler den tilbage til grafit."