Ny krøllemetode tager fladt grafen fra 2D til 3D

Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign har udviklet en unik enkelttrinsproces til at opnå tredimensionel (3D) teksturering af grafen og grafit. Ved at bruge et kommercielt tilgængeligt termisk aktiveret polymersubstrat med formhukommelse, denne 3D-teksturering, eller "krøller, " giver mulighed for øget overfladeareal og åbner dørene til udvidede muligheder for elektronik og biomaterialer.

"Grundlæggende iboende belastninger på krøllet grafen kunne tillade modulering af grafens elektriske og optiske egenskaber, " forklarede SungWoo Nam, en assisterende professor i mekanisk videnskab og teknik ved Illinois. "Vi mener, at de krøllede grafenoverflader kan bruges som elektroder med større overfladeareal til batteri- og superkondensatorapplikationer. Som et belægningslag, 3D-teksturerede/krøllede nano-topografier kunne tillade omnifobiske/antibakterielle overflader til avancerede belægningsapplikationer."

Grafen - et enkelt atomlag af sp2-bundne carbonatomer - har været et materiale af intensiv forskning og interesse i de senere år. En kombination af exceptionelle mekaniske egenskaber, høj transportørmobilitet, varmeledningsevne, og kemisk inertitet, gør grafen til et førsteklasses kandidatmateriale til næste generation af optoelektroniske, elektromekaniske, og biomedicinske applikationer.

"I dette studie, vi udviklede en ny metode til kontrolleret krølning af grafen og grafit via varmeinduceret kontraktil deformation af det underliggende substrat, " forklarede Michael Cai Wang, en kandidatstuderende og første forfatter af papiret, "Heterogen, Tredimensionel teksturering af grafen, " som stod i journalen Nano bogstaver . "Mens grafen i sig selv udviser små krusninger under omgivende forhold, vi skabte store og justerbare krøllede teksturer på en skræddersyet og skalerbar måde."

"Som en enklere, mere skalerbar, og rumligt selektiv metode, denne teksturering af grafen og grafit udnytter den termisk inducerede transformation af termoplast med formhukommelse, som tidligere er blevet anvendt til fremstilling af mikrofluidisk enhed, metallisk film mønster, nanotrådssamling, og robot-selvsamlingsapplikationer, " tilføjede Nam, hvis gruppe har indgivet patent på deres nye strategi. "Den termoplastiske karakter af det polymere substrat gør det også muligt for den krøllede grafenmorfologi at blive vilkårligt udfladet igen ved den samme forhøjede temperatur for krølningsprocessen."

"På grund af de ekstremt lave omkostninger og lette behandling af vores tilgang, vi tror på, at dette vil være en ny måde at fremstille nanoskala topografier til grafen og mange andre 2D- og tyndfilmsmaterialer."

Forskerne undersøger også de teksturerede grafenoverflader til 3D-sensorapplikationer.

"Forbedret overfladeareal vil tillade endnu mere følsomme og intime interaktioner med biologiske systemer, fører til højfølsomme enheder, " sagde Nam.