Fysikere producerer stabile vandbaserede grafendispersioner

Umeå -forskere viser, hvordan aktiveret grafen, aktiverede carbonatomer og andre hydrofobe carbonatomer kan dispergeres i vand i form af partikler i mikrometerstørrelse. Det centrale middel, der hjælper med at få disse dispersioner til at vare i dagevis, er den oxiderede form af grafen, der hedder grafenoxid. Forfatterne har ansøgt om patent på metoden til fremstilling af dispersioner.

Graphene, grafit, aktiverede carbonatomer er ganske forskellige former for kulstof, men det fælles for dem er deres hydrofobe egenskaber. Det er umuligt at opløse eller sprede disse materialer direkte i vand. På den anden side, at bruge dispersioner eller løsninger til mange applikationer er en stor fordel. Ideelt set, man kan sprøjte eller male grafendispersion på metalfolie og forberede f.eks. elektrodemateriale ved simpelthen at tørre.

Forskere har søgt efter gode metoder til at forberede dispersioner ved hjælp af grafenrelaterede materialer i mange år. Den hidtil mest almindelige metode er at bruge organiske opløsningsmidler og meget stærk mekanisk behandling, f.eks. lydbehandling i lang tid. Imidlertid, organiske opløsningsmidler er ofte giftige, mens mekanisk behandling ikke kun er tidskrævende og energiforbrugende, men også medfører mange fejl, som påvirker ledningsevnen af ​​grafenarkene negativt.

Forskere fra Umeå Universitet har fundet en enkel og miljøvenlig løsning på problemet:oxideret form af grafen, grafenoxid, er hydrofilt og let at sprede i vand.

"Det, vi opdagede, er, at stabile vanddispersioner kan fremstilles ved at tilsætte en vis mængde grafenoxid til forskellige hydrofobe carbonatomer, "siger Alexandr Talyzin, Lektor ved Institut for Fysik ved Umeå Universitet.

Hans team af fysikere testede metoden ved hjælp af carbonatomer med højt overfladeareal som grafen, aktiveret grafen, porøse eller aktiverede carbonatomer. Dispersionerne var stabile og udfældede ikke selv efter dage med hyldelagring. Da de tilføjede nogle kulstofnanorør til dispersionen, det syntes at være ret godt til forberedelse af superkapacitorelektroder. Dispersionen blev påført metalfolie, tørres og opvarmes ved 200o Celsius. Alle disse trin kunne let skaleres til industriel produktion, foreslår forskeren.

"Det, vi får til sidst, er en tynd film af ledende elektrodemateriale med et ret højt overfladeareal, god ledningsevne og fremragende ydeevne ved lagring af elektricitet i superkapacitorer. Det høje overfladeareal tilvejebringes af partikler i mikrometerstørrelse af f.eks. aktiveret grafen, mens nanorør og termisk reduceret grafenoxid giver god elektrisk kontakt mellem partiklerne, "siger Alexandr Talyzin.

Dispersionerne kan også være nyttige i mange andre applikationer som blæk til udskrivning, beskyttende belægninger, og ledende maling.

Forskningen er finansieret af EU Graphene Flagship, et kæmpe internationalt projekt med det formål at bringe grafen på markedet. Forskere har også modtaget megen støtte fra Umeå Universitet. Metoden til fremstilling af aktiverede grafendispersioner synes også at være værd at patentere.

"Det gik overraskende glat og hurtigt, da jeg kontaktede Innovationskontoret ved Umeå Universitet. Vi fik enorm hjælp på kort tid takket være eksperter som Daniel Hoffman og hans kolleger. Mens det videnskabelige papir var under gennemgang, vi var i stand til at udfylde ansøgningen om et patent. "

Undersøgelsen er offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters .