Forskere finder en enkel og billig måde at masseproducere grafen-nanosheets

Blanding af lidt tøris og en simpel industriel proces billigt masseproducerer grafen nanosheets af høj kvalitet, forskere i Sydkorea og Case Western Reserve University rapporterer.

Graphene, som er lavet af grafit, de samme ting som "bly" i blyanter, er blevet hyldet som det vigtigste syntetiske materiale i et århundrede. Plader leder elektricitet bedre end kobber, varme bedre end noget kendt materiale, er hårdere end diamanter, men strækker sig.

Forskere verden over spekulerer i, at grafen vil revolutionere computing, elektronik og medicin, men manglende evne til at masseproducere plader har blokeret udbredt brug.

En beskrivelse af den nye forskning vil blive offentliggjort ugen den 26. marts i online Early Edition af Procedurer fra National Academy of Sciences .

Jong-Beom Baek, professor og direktør for den tværfaglige skole for grøn energi/avancerede materialer og enheder, Ulsan National Institute of Science and Technology, Ulsan, Sydkorea, ledet indsatsen.

"Vi har udviklet en lavpris, lettere måde at masseproducere bedre grafenark end den nuværende, udbredt metode til syreoxidation, som kræver en kedelig anvendelse af giftige kemikalier, "sagde Liming Dai, professor i makromolekylær videnskab og teknik ved Case Western Reserve og medforfatter af papiret.

Sådan gør du:

Forskere placerede grafit og frosset kuldioxid i en kuglemølner, som er en beholder fyldt med kugler i rustfrit stål. Beholderen blev drejet i to dage, og den mekaniske kraft frembragte flager af grafit med kanter, der i det væsentlige åbnede for kemisk interaktion af carboxylsyre, der blev dannet under formaling.

De carboxylerede kanter gør grafitten opløselig i en klasse af opløsningsmidler kaldet protiske opløsningsmidler, som omfatter vand og methanol, og en anden klasse kaldet polære aprotiske opløsningsmidler, som inkluderer dimethylsulfoxid.

Når det er spredt i et opløsningsmiddel, flagerne adskilles i grafenblad med fem eller færre lag.

For at teste, om materialet ville fungere i direkte dannelse af støbte genstande til elektroniske applikationer, prøver blev komprimeret til pellets. I en sammenligning, disse pellets var 688 gange bedre til at lede elektricitet end pellets udkom ved syreoxidationen af ​​grafit.

Efter opvarmning af pellets til 900 grader Celsius i to timer, kanterne på kuglemølle-afledte plader blev decarboxyleret, det er, kanterne af nanosheets blev forbundet med stærk hydrogenbinding til naboplader, resterende sammenhængende. Den komprimerede syreoxidationspille knust under opvarmning.

For at danne stort område grafen nanosheet film, en opløsning af opløsningsmiddel og de kant-carboxylerede grafen nanosheets blev støbt på siliciumplader 3,5 centimeter x 5 centimeter, og opvarmet til 900 grader Celsius. Igen, varmen dekarboxylerede kanterne, som derefter limes med kanter på nabostykker. Forskerne siger, at denne proces kun er begrænset af skivens størrelse. Den elektriske ledningsevne af de resulterende store arealfilm, selv ved en høj optisk transmittans, var stadig meget højere end deres modstykker fra syreoxidationen.

Ved at bruge ammoniak eller svovltrioxid som erstatning for tøris og ved hjælp af forskellige opløsningsmidler, "du kan tilpasse kanterne til forskellige applikationer, "Sagde Baek." Du kan tilpasse til elektronik, superkondensatorer, metalfrie katalysatorer til udskiftning af platin i brændselsceller. Du kan tilpasse kanterne til at samles i todimensionale og tredimensionelle strukturer. "