Polymer-grafen nanotæpper til at elektrificere smarte stoffer

Forskere fra Tomsk Polytekniske Universitet, sammen med deres internationale kolleger, har opdaget en metode til at modificere og bruge grafen, en etatoms tynd leder af strøm og varme, uden at ødelægge det. Takket være metoden, forskerne var i stand til at syntetisere en velstruktureret polymer med en stærk kovalent binding på enkeltlagsgrafen. De kalder resultatet "polymertæpper." Strukturen er meget stabil og mindre tilbøjelig til nedbrydning over tid, holder løfte om udviklingen af ​​fleksibel organisk elektronik. Hvis et lag molybdændisulfid tilsættes over dette "nanotæppe, " den resulterende struktur genererer strøm under eksponering for lys. Undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Materials Chemistry C .

Grafen er samtidig det mest holdbare, lys og et elektrisk ledende kulstofmateriale. Det kan bruges til fremstilling af solcellebatterier, smartphone skærme, tynd og fleksibel elektronik, og selv i vandfiltre, da grafenfilm passerer vandmolekyler og stopper alle andre forbindelser. Grafen skal integreres i komplekse strukturer for at blive brugt med succes. Imidlertid, dette er en udfordring. Ifølge videnskabsmænd, grafen i sig selv er stabil nok og reagerer dårligt med andre forbindelser. For at få det til at reagere med andre elementer, dvs. at ændre det, grafen er normalt i det mindste delvist ødelagt. Denne ændring forringer egenskaberne af de opnåede materialer.

Professor Raul D. Rodriguez, fra Forskerskolen for Kemi &Anvendt Biomedicinsk Videnskab, siger, "Når man funktionaliserer grafen, du skal være meget forsigtig. Hvis du overdriver det, de unikke egenskaber ved grafen går tabt. Derfor, vi besluttede at følge en anden vej. I grafen, der er uundgåelige nano-defekter, for eksempel, ved kanterne af grafen og rynker i flyet. Hydrogenatomer er ofte knyttet til sådanne defekter. Det er denne brint, der kan interagere med andre kemikalier."

For at ændre grafen, forfatterne bruger et tyndt metalsubstrat, hvorpå et enkelt grafenlag er placeret. Derefter dækkes grafen med en opløsning af brom-polystyrenmolekyler. Molekylerne interagerer med brint og er knyttet til de eksisterende defekter, resulterer i polyhexylthiophen (P3HT). Yderligere udsættelse for lys under fotokatalysen fører til udvikling af en polymer.

"I resultatet, vi fik prøverne med en struktur, der ligner 'polymertæpper, som vi kalder dem i avisen. Over sådan et 'polymertæppe, 'Vi placerer molybdendisulfid. På grund af en unik kombination af materialer, får vi en sandwichstruktur, der fungerer som et solcellebatteri. Det er, den genererer strøm, når den udsættes for lys. I vores forsøg etableres en stærk kovalent binding mellem polymerens molekyler og grafen, som er kritisk for stabiliteten af ​​det opnåede materiale, "bemærker Rodriguez.

Ifølge forskeren, denne metode til grafenmodifikation giver en meget robust forbindelse; det er også enkelt og billigt, da der anvendes overkommelige materialer. Metoden er alsidig, fordi den gør det muligt at dyrke meget forskellige polymerer direkte på grafen.

"Styrken af ​​det opnåede hybridmateriale opnås, fordi vi ikke ødelægger selve grafen, men brug allerede eksisterende defekter og en stærk kovalent binding til polymermolekyler. Undersøgelsen er lovende for udviklingen af ​​tynd og fleksibel elektronik, hvor solcellebatterier kan fastgøres til tøj, og når de er deformeret, vil ikke gå i stykker, "siger professoren.