Forskere skaber mønstret grafen på mad, papir, klæde, pap

Forskere fra Rice University, der introducerede laserinduceret grafen (LIG), har forbedret deres teknik til at producere, hvad der kan blive en ny klasse af spiselig elektronik.

Rice lab af kemiker James Tour, som engang gjorde Girl Scout -cookies til grafen, undersøger måder at skrive grafenmønstre på mad og andre materialer for hurtigt at integrere ledende identifikationsmærker og sensorer i selve produkterne.

"Dette er ikke blæk, "Tour sagde." Dette tager selve materialet og konverterer det til grafen. "

Processen er en forlængelse af Tour labs påstand om, at alt med det korrekte kulstofindhold kan omdannes til grafen. I de seneste år, laboratoriet har udviklet og udvidet sin metode til fremstilling af grafenskum ved hjælp af en kommerciel laser til at transformere det øverste lag af en billig polymerfilm.

Skummet består af mikroskopiske, tværbundne flager af grafen, den todimensionale form af kulstof. LIG kan skrives ind i målmaterialer i mønstre og bruges som en superkapacitor, en elektrokatalysator for brændselsceller, radiofrekvensidentifikation (RFID) antenner og biologiske sensorer, blandt andre potentielle applikationer.

Det nye arbejde blev rapporteret i American Chemical Society journal ACS Nano demonstreret, at laserinduceret grafen kan brændes til papir, pap, klæde, kul og visse fødevarer endda toast.

"Meget ofte, vi ser ikke fordelen ved noget, før vi gør det tilgængeligt, "Tour sagde." Måske har al mad et lille RFID -mærke, der giver dig oplysninger om, hvor det har været, hvor længe det har været gemt, dens land og oprindelsesby og den vej, det tog for at komme til dit bord. "

Han sagde, at LIG -tags også kunne være sensorer, der registrerer E. coli eller andre mikroorganismer på mad. "De kunne lyse op og give dig et signal om, at du ikke vil spise dette, "Tour sagde." Alt det, der ikke kunne placeres på et separat mærke på maden, men på selve maden. "

Flere laserpasninger med en defokuseret stråle tillod forskerne at skrive LIG -mønstre i klud, papir, kartofler, kokosnødder og kork, samt toast. (Brødet ristes først for at "karbonisere" overfladen.) Processen sker i luft ved omgivelsestemperaturer.

"I nogle tilfælde, flere lasere skaber en totrinsreaktion, "Tour sagde." Først, laseren omdanner fototermisk målfladen til amorft carbon. Derefter ved efterfølgende pasninger af laseren, den selektive absorption af infrarødt lys forvandler det amorfe carbon til LIG. Vi opdagede, at bølgelængden klart betyder noget. "

Forskerne vendte sig til flere lasninger og defokuseringer, da de opdagede, at blot at skrue op for laserens effekt ikke gjorde bedre grafen på en kokosnød eller andre organiske materialer. Men ved at justere processen fik de mulighed for at lave en mikro-superkondensator i form af en Rice "R" på deres to gange lasede kokoshud.

Defokusering af laseren fremskyndede processen for mange materialer, da den bredere stråle tillod, at hvert sted på et mål blev laset mange gange i en enkelt rasterskanning. Det gav også mulighed for fin kontrol over produktet, Tour sagde. Defokusering tillod dem at forvandle tidligere uegnet polyetherimid til LIG.

"Vi fandt også ud af, at vi kunne tage brød eller papir eller klud og tilføje dem brandhæmmende for at fremme dannelsen af ​​amorft kulstof, "sagde Ris -kandidatstuderende Yieu Chyan, medlederforfatter af papiret. "Nu er vi i stand til at tage alle disse materialer og konvertere dem direkte i luften uden at kræve en kontrolleret atmosfæreboks eller mere komplicerede metoder."

Det fælles element i alle de målrettede materialer ser ud til at være lignin, Tour sagde. En tidligere undersøgelse baserede sig på lignin, en kompleks organisk polymer, der danner stive cellevægge, som kulstofforløber til at brænde LIG i ovntørret træ. Kork, kokosnødder og kartoffelskind har endnu højere ligninindhold, hvilket gjorde det lettere at konvertere dem til grafen.

Tour sagde fleksibel, bærbar elektronik kan være et tidligt marked for teknikken. "Dette har applikationer til at sætte ledende spor på tøj, om du vil opvarme tøjet eller tilføje en sensor eller et ledende mønster, " han sagde.