Graphene tager et skridt mod vedvarende brændstof

Ved at bruge energien fra solen og grafen påført overfladen af ​​kubisk siliciumcarbid, forskere ved Linköpings universitet, Sverige, arbejder på at udvikle en metode til at omdanne vand og kuldioxid til fremtidens vedvarende energi. De har nu taget et vigtigt skridt mod dette mål, rapportering af en metode, der gør det muligt at producere grafen med flere lag i en tæt kontrolleret proces. Forskerne har også vist, at grafen fungerer som en superleder under visse forhold. Deres resultater er blevet offentliggjort i de videnskabelige tidsskrifter Kulstof og Nano bogstaver .

Kulstof, oxygen og brint er de tre grundstoffer, der opnås ved at adskille molekyler af kuldioxid og vand. De samme elementer er byggestenene til kemiske stoffer, der bruges til brændstof, såsom ethanol og metan. Omdannelse af kuldioxid og vand til vedvarende brændstof kan være et alternativ til fossile brændstoffer og bidrage til at reducere kuldioxidemissioner til atmosfæren. Jianwu Sun, lektor ved Linköpings universitet, prøver at finde en måde at gøre netop det på.

Forskere ved Linköpings universitet har tidligere udviklet en verdensførende metode til fremstilling af kubisk siliciumcarbid, som består af silicium og kulstof. Den kubiske form har evnen til at fange energi fra solen og skabe ladningsbærere. Dette er, imidlertid, ikke tilstrækkeligt. Graphene, et af de tyndeste materialer, der nogensinde er produceret, spiller en central rolle i projektet. Materialet omfatter et enkelt lag carbonatomer bundet til hinanden i et sekskantet gitter. Graphene har en høj evne til at lede en elektrisk strøm, en ejendom, der ville være nyttig til konvertering af solenergi. Det har også flere unikke egenskaber, og mulige anvendelser af grafen bliver grundigt undersøgt over hele verden.

I de seneste år, forskerne har forsøgt at forbedre den proces, hvorved grafen vokser på en overflade for at kontrollere grafens egenskaber. Deres seneste fremgang er beskrevet i en artikel i det videnskabelige tidsskrift Kulstof .

"Det er relativt let at dyrke et lag grafen på siliciumcarbid. Men det er en større udfordring at dyrke stort areal ensartet grafen, der består af flere lag oven på hinanden. Vi har nu vist, at det er muligt at dyrke ensartet grafen der består af op til fire lag på en kontrolleret måde, "siger Jianwu Sun fra Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings universitet.

En af de vanskeligheder, som flerlags grafen medfører, er, at overfladen bliver ujævn, når der vokser forskelligt antal lag forskellige steder. Kanten, når et lag ender, har form af en lille, nanoskala trappe. Flade lag er ønskelige, så disse trin er et problem, især når trinene samler sig ét sted, som en forkert bygget trappe, hvor flere trin er blevet samlet for at danne et stort trin. Forskerne har nu fundet en måde at fjerne disse store, forenede trin ved at dyrke grafen ved en omhyggeligt kontrolleret temperatur. Desuden, forskerne har vist, at deres metode gør det muligt at kontrollere, hvor mange lag grafen vil indeholde. Dette er det første vigtige trin i et igangværende forskningsprojekt, hvis mål er at lave brændstof fra vand og kuldioxid.

I en nært beslægtet artikel i tidsskriftet Nano bogstaver , forskerne beskriver undersøgelser af de elektroniske egenskaber ved flerlags grafen dyrket på kubisk siliciumcarbid.

"Vi opdagede, at flerlags grafen har ekstremt lovende elektriske egenskaber, der gør det muligt at bruge materialet som en superleder, et materiale, der leder elektrisk strøm med nul elektrisk modstand. Denne særlige egenskab opstår udelukkende, når grafenlagene er arrangeret på en særlig måde i forhold til hinanden, "siger Jianwu Sun.

Teoretiske beregninger havde forudsagt, at flerlags grafen ville have superledende egenskaber, forudsat at lagene er arrangeret på en bestemt måde. I den nye undersøgelse, forskerne demonstrerer eksperimentelt for første gang, at dette er tilfældet. Superledende magneter er ekstremt kraftige magneter, der bruges i medicinske magnetiske resonanskameraer og i partikelacceleratorer. Der er mange potentielle anvendelsesområder for superledere, såsom elektriske forsyningsledninger med nul energitab, og højhastighedstog, der flyder på et magnetfelt. Deres anvendelse er i øjeblikket begrænset af manglende evne til at producere superledere, der fungerer ved stuetemperatur. I øjeblikket tilgængelige superledere fungerer kun ved ekstremt lave temperaturer.