Fra middag til bæredygtig elektronik, krabbernes overraskende alsidighed

Efterhånden som den verdensomspændende efterspørgsel efter elektroniske enheder fortsætter med at vokse, det samme gør belastningen på de begrænsede ressourcer, der bruges i deres produktion, såsom metaller og fossile brændstoffer. I et forsøg på at tilbyde vedvarende alternativer, forskere fra Osaka University har udviklet et nanocarbonmateriale til elektronikapplikationer lavet af kitin afledt af krabbeskaller. Deres resultater blev offentliggjort i Journal of Materials Chemistry C .

Nanocarbonmaterialer viser betydeligt lovende til brug i elektroniske enheder. I særdeleshed, dem med porøse tredimensionelle (3D) strukturer giver effektive netværk til transport af ladning såvel som elektrolytter og reaktanter. Strømmen gennem disse netværk kan forbedres yderligere ved tilføjelse af ufuldkommenheder - kendt som defekter - i form af forskellige atomer, såsom nitrogen.

Bestræbelser på at bruge både syntetiske polymerer og biomasse til at fremstille 3D-porøst nanocarbon med defekter, har ført til effektiv sansning, energilagring, og elektrokatalysematerialer. Imidlertid, mange af disse er lavet af ikke-fornybare ressourcer eller kræver flere trin for at forberede netværket og introducere defekterne.

Forskerne har derfor udviklet 3D porøse defekte nanocarbonmaterialer gennem simpel pyrolyse - eller termisk nedbrydning - af kitin nanofiberpapir. Chitin er en biopolymer, der er hovedbestanddelen af ​​skaldyrsskaller. Fordi strukturen af ​​kitin indeholder nitrogenatomer, det fungerer som sin egen kilde til defekter, og der kræves ingen dopingtrin.

"Vi var i stand til at kontrollere forskellige egenskaber af de endelige nanocarbonmaterialer ved at pyrolysere chitin nanofiberpapiret ved forskellige temperaturer, " siger undersøgelsens første forfatter Luting Zhu. "Porestrukturen, bestemt overfladeareal, og elektrisk resistivitet varierede alt med pyrolysetemperaturen, giver os et nyttigt middel til at tune materialet til specifikke applikationer."

De pyrolyserede kitin-nanofiberpapirer blev med succes brugt som fotosensorer - udviser lavere modstand, når de udsættes for lys. De viste sig også at være effektive superkondensatorelektroder (elektriske komponenter, der kan lagre elektrisk ladning i et elektrisk felt), med højere specifik kapacitans end mange andre nanocarbonmaterialer rapporteret til dato, angivelse af deres potentiale for brug til energilagring.

"For at omsætte laboratorieresultater til produkter, der gør en betydelig indflydelse i den virkelige verden, er det vigtigt at strømline processer, Derfor er vi begejstrede for vores simple pyrolysebehandling, ", forklarer den tilsvarende forfatter Hirotaka Koga. "Ydermere, vores succesfulde brug af en vedvarende ressource, der generelt betragtes som et affaldsprodukt, viser bæredygtighedens bæredygtighed."