Tilføjelse af fremmede atomer til grafen øger dets egenskaber

Monolagsgrafen finder praktiske anvendelser på mange områder, takket være dets ønskelige iboende egenskaber. Imidlertid, disse egenskaber kan også begrænse dets potentialer. Tilsætning af fremmede atomer kan hjælpe, men kræver præcis kontrol. Nu, forskere fra Sydkorea opfandt en simpel metode til at opnå fin kontrol over integrationen af ​​fremmede atomer med grafen, udvikling af sammensatte grafen-baserede heterostrukturer, der kan bruges til at lagre energi til lave omkostninger og fremstille ultratynde, bærbar elektronik.

Få materialer har stjålet rampelyset som grafen. Siden dens opdagelse, grafen er blevet go-to for næsten enhver teknologi derude, takket være dets enestående egenskaber såsom høj overfladeareal, kemisk stabilitet, og høj mekanisk styrke og elasticitet. Imidlertid, på trods af dets tilsyneladende ubegrænsede anvendelsesmuligheder, grafens potentiale forbliver underudnyttet på grund af flere faktorer, især dens enkeltatomtykkelse, kemisk inertitet, og manglen på et energigab.

En måde at overvinde disse begrænsninger på er ved at integrere grafen med andre materialer, såsom metaller, isolatorer, og halvledere, at danne sammensatte strukturer med ønskelige egenskaber. For eksempel, forskere tilføjer metaloxider til grafen for at skabe grafen monolag/metaloxid nanostrukturer (GML/MONS'er), der har forbedrede fysiske og kemiske egenskaber. Imidlertid, at afsætte ensartede lag af metaloxider over grafen uden at forstyrre grafenlagets egenskaber er ekstremt udfordrende.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Nano energi , et hold af materialeforskere fra Sydkorea har nu udviklet GML/MONS'er ved at bruge en lavtemperaturteknik kendt som elektrokemisk aflejring, hvori de dyrkede metaloxid-nanostrukturer udelukkende på de native defektsteder af grafen. De opnåede dette ved at nedsænke et enkelt-atom-tykt grafenlag i en metaloxid-precursoropløsning. Ved at justere aflejringstiden, forskerne var i stand til præcist at deponere metaloxidet på grafenmonolaget, skabe sammensatte strukturer med unikke egenskaber i processen. "Metaloxid integrerede grafen monolag med lavere tætheder (≤30 μg/cm ² ) har færre defekter, der henviser til, at dem med højere tætheder har synergistiske egenskaber, " forklarer professor Sungwon Lee fra Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST), Sydkorea, som var en del af forskerholdet.

Ved at kontrollere tykkelsen og densiteten af ​​metaloxidet, forskerne udviklede koboltoxid med høj energitæthed (Co ₃ O ₄ )/GML-baserede mikro-superkondensatorer, der kunne bruges som strømkilde, og ultratynde zinkoxid (ZnO)/GML-baserede fotomodstande, der besad fremragende fleksibilitet og slidstyrke.

Forskerne er spændte på fremtidsudsigterne for deres nye metode. "Denne nye klasse af heterostrukturer kunne anvendes til fremstilling af ikke-toksiske og billige energikonverterings- og lagringsenheder samt udvikling af ultratynde, letvægts, og hudmonterbare enheder, der kan integreres med sundhedsovervågningssystemer i realtid, " kommenterer prof. Lee.

Holdets resultater baner vejen for udviklingen af ​​biokompatible, holdbar, miljøvenlig, og ultralette grafenbaserede materialer.