Nyt enkelt, billig grafenbehandlingsmetode kunne frigøre nye anvendelser

grafen, en todimensionel række af kulstofatomer, har vist stort lovende for en række applikationer, men for mange foreslåede anvendelser kræver materialet behandlinger, der kan være dyre og vanskelige at anvende forudsigeligt. Nu, et team af forskere ved MIT og University of California i Berkeley har fundet en enkel, billig behandling, der kan være med til at frigøre materialets potentiale.

Den nye metode er beskrevet i et papir offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Naturkemi , medforfatter af MIT-ph.d.-studerende Priyank Kumar og Neelkanth Bardhan, MIT-professorerne Jeffrey Grossman og Angela Belcher, og to andre i Berkeley.

"Vi har været meget interesserede i grafen, grafenoxid, og andre todimensionelle materialer til mulig brug i solceller, termoelektriske enheder, og vandfiltrering, blandt en række andre applikationer, " siger Grossman, Carl Richard Soderberg lektor i Power Engineering.

Mens ren grafen mangler nogle nøgleegenskaber, der er nødvendige for elektroniske enheder, at modificere det gennem tilsætning af oxygenatomer kan give disse egenskaber, Grossman forklarer. "At have oxygenatomer på grafen er så vigtigt for så mange anvendelser, " tilføjer Kumar.

Men de nuværende metoder efterlader iltatomer fordelt uforudsigeligt over grafenens overflade, og involverer behandling med skrappe kemikalier, eller ved temperaturer på 700 til 900 grader Celsius.

Gruppens nye tilgang går ud på at udsætte materialet for relativt lave temperaturer, kun 50 til 80 C, uden behov for yderligere kemisk behandling. "Det er en mild termisk tilgang, " Bardhan siger, "i forhold til andre tilgange, der er blevet rapporteret, termisk eller kemisk. Dette giver en relativt miljøvenlig metode, uden hård kemisk behandling, der genererer skadelige biprodukter." Hvad mere er, han siger, behandlingen kan let anvendes i stor skala, gør kommercielle anvendelser mere gennemførlige.

Lavtemperatur-udglødningsprocessen modificerer fordelingen af ​​oxygenatomerne, får dem til at danne klynger og efterlade områder af ren grafen mellem dem, uden at introducere nogen forstyrrelse til den overordnede grafenstruktur - og vigtigst af alt, bevare iltindholdet.

Kumar siger, at den nye behandling tillader materialets elektriske modstand at falde med fire til fem størrelsesordener, som kunne være vigtigt for elektronik, katalyse, og sanseapplikationer. Dette er et resultat af iltklynger, som gør de iltrige områder isolerende, men efterlader de rene grafenområder imellem at lede.

Ud over, de rene grafenområder har naturligt egenskaber af "kvanteprikker", som kunne finde anvendelse som højeffektive lysgivere, blandt andre applikationer. Behandlingen øger også materialets evne til at absorbere synligt lys i høj grad, siger holdet. "Det giver en forbedring på 38 procent i samlingen af ​​fotoner, Grossman siger, sammenlignet med ubehandlet grafenoxid, "hvilket er en væsentlig forbedring, der kan være vigtig for dets brug i en række applikationer, såsom solceller."

Mens Grossmans gruppe ser på den potentielle brug af grafen i solceller, termoelektriske enheder, solvarmebrændstoffer, og afsaltningsfiltre, Belchers gruppe udforsker biologiske anvendelser, såsom sensorer for sygdomsstoffer i blodbanen, eller leveringssystemer til at målrette uopløselige lægemidler til specifikke områder af kroppen.

Den nye behandlingstilgang, Grossman siger, er "meget spændende, på grund af, hvordan det åbner designrummet for disse applikationer."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.