Создан 3D-графен, который может совершить суперконденсаторную революцию


Сахарные пузыри вдохновили на использование 3D-графеновых структур в суперконденсаторах

Сюебин Ван (Xuebin Wang) и Йошио Бандо (Yoshio Bando) из Японского Международного центра наноархитектоники материалов (WPI-MANA) совместно с коллегами из Японии и Китая создали новый метод получения 3D-графена с использованием пузырьков, надуваемых в растворе полимера глюкозы. Полученный 3D-графен обладает устойчивостью и отличной проводимостью.

Пластинки графена – очень прочные, легкие и имею отличную проводимость. Теоретически макроскопические объемные графеновые сборки должны сохранять свойства наноразмерных графеновых чешуек. Однако в недавних попытках создания 3D-графена была получена слабая проводимость, вызванная плохим контактом между пластинками графена. Также проблемой была потеря прочности, а самоподдерживаемый 3D-графен все еще не был создан.

Вдохновленный древним кулинарным искусством «надутого сахара», Бандо и его команда доказали, что сжатая, когерентная природа соединившихся пузырьков окажет влияние на прочность и проводимость, если графен можно будет структурировать таким же способом. Ученые создали сироп из обычного сахара и хлорида аммония. Они нагревали сироп, получая полимер на основе глюкозы, называемый меланоидин, который затем надувался в пузыри с помощью газов, освобождаемым аммонием. Команда обнаружила, что наилучшее качество конечного продукта получается при балансе на этой стадии разложения аммония и полимеризации глюкозы.

По мере роста пузырьков оставшийся сироп стекает со стенок пузырьков, уходя из пересечений трех пузырьков. При дальнейшем нагревании, раскислении и дегидрировании меланоидин постепенно графитизируется, чтобы образовать «сжатый графен» – когерентную 3D-структуру, состоящую из графеновых оболочек, связанных структурой сжатого графена, который, соответственно, образуется из первоначальных стенок пузырьков и каркаса пересечений.

Пузырьковая структура обеспечивает свободное движение электронов через сеть, что означает, что графен полностью сохраняет проводимость. Кроме того, механическая прочность и упругость 3D-графена оказались исключительно высокими – команде удалось сжать его до 80% от его начального размера при очень малых потерях проводящих свойств или стабильности.

Фотографии со сканирующего электронного микроскопа показывают процесс надувания сахара: при нагреве, глюкоза была полимеризована и надута освобождающимся аммиаком в пузырьки меланоидина, которые в итоге превращались в сжатый графен, содержащий однослойные или в несколько слоев оболочки графена и графитовых опоры.

Развивая свое открытие, Бандо и его команда в своей лаборатории устойчиво получали сжатый 3D-графен граммовых объемов стоимостью 0,5 долл./грамм. Обладая низкой стоимостью и высокой масштабируемостью, новый метод может найти множество применений в технике и электронике. Полученный в большом количестве продукт был выборочно применен в высокоэффективном суперконденсаторе. Его максимальная плотность энергии стала наибольшей среди графеновых 3D-водных суперконденсаторов – 106 Вт/кг. Это открывает невероятные перспективы для быстрого развития электрического транспорта и авиации.

Читайте также:
Создан первый транзистор на альтернативе графена из фосфора
Из графена научились делать аккуратные контакты
Графен «победил» отсутствие запрещенной зоны с помощью небулевой логики
Графен научились складывать в многослойные п/п-гетероструктуры
Физики из Кореи превратили графен в полупроводник с помощью «мельницы»
Графен позволил в 100 раз ускорить оптические коммутаторы
Создана революционная графен-йодная топливная ячейка без платины
Университет Вандербильта разрабатывает инновационный суперконденсатор из кремния
Будет ли графеновый суперконденсатор лучшим среди батарей?

Источник: EE Times Europe

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *