Gestut 3D grafeen gegroeid via kunst suikerbellen blazen | Grafeen (graphene)
Gestut 3D grafeen gegroeid via kunst suikerbellen blazen

Wanneer drie of meerdere (zeep)bubbels ontmoeten dan pletten ze elkaar, en herschikken ze zichzelf zodat slechts drie gezamenlijke wanden treffen op elk punt.

Ongeacht het verschil in grootte van de bellen, de hoek tussen de wanden is altijd 120 graden, terwijl een bubbel compleet omhelst door zes andere bubbels de vorm van een kubus aanneemt.

Een zelfde hoek van 120° duikt op in een koolstofvel, waar 3 atomen elkaar verbinden op deze wijze, resulterend in een twee dimensionaal hexagonaal vlak – grafeen – dat !! een cube-on-hexagon groei patroon omvat – het groeit dus van hexagon naar kubus.

Deze vlakke materiële golf van koolstofatomen – dat thermisch net stabiel genoeg is om niet onderuit te gaan aan dezelfde krachten dat een ijsblokje doen smelten – heeft unieke eigenschappen die niet gevonden worden in andere koolstof-materialen zoals grafiet, diamant en koolstof nanobuisjes of zelfs enig ander materiaal.

Een team uit het Mana (International Center for Materials anoarchitectonics) van het Nationaal Instituut voor Materiaalkunde (NIMS), geleid door Dr Yoshio, Dr Xuebin Wang en Dr Golberg Dmitri is erin geslaagd om voor de eerste keer producten te maken met een structuur waarin ultradun grafeen (monolaag of meerlagen) wordt ‘verlijmd’ op een drie dimensionaal gestut frame.

Het resultaat werd bereikt door het toepassen van een innovatieve, nooit eerder gepubliceerde methode, geïnspireerd door de kunst van het suikerbellen blazen – waarmee ondermeer onmogelijk prachtige creaties op culinair hoogstaande desserten worden gemaakt.

Onderzoekers hanteren echter ‘Chemical Blowing Method’ als wetenschappelijke term om dergelijke blaastechnieken te omschrijven.

Bij deze werkwijze wordt glucose of suiker en ammoniumzout (NH4Cl) vermengd en verhit bij ongeveer 250 Celsius, en gepolymeriseerd. De vrijgekomen ammoniak gassen ‘blazen’ de glucose-afgeleide polymeren door het creëren van druk, van binnenuit, waardoor een aantal kleine belletjes polymeer van tientallen microns ontstaan. Tegelijkertijd wordt een kader gevormd voor het stabiliseren van de structuur en een product met een ‘gestut’ 3-D structuur is gemaakt.

Achteraf werd dit product verder verwarmd bij 1350 C om de polymeer wanden te veranderen in grafeen.

Het uiteindelijke 3-D grafeen product heeft een structuur waarin grafeen wordt verlijmd op een structureel stabiel frame gemaakt van dunne struts, speciaal genoemd als “strutted grafeen” of “gestut grafeen”.

Deze “chemische blaasmethode” is een innovatieve methode voor het maken van grafeen producten met een 3-D structuur, snel, eenvoudig en tegen lage kosten.

Elektrochemische condensatoren met elektroden gemaakt van gestutte 3-D grafeen producten, ontwikkeld in dit onderzoek, scoren enorm hoog op vlak van vermogensdichtheid.

Naar verwachting zullen deze nieuwe producten op grote schaal gebruikt kunnen worden als hoog presterende condensator materialen in apparaten voor het snel opladen en ontladen van draagbare elektronica en elektrische voertuigen.

De methode kan worden geschaald en draagt bij aan een nieuwe manier om ultradunne membranen te maken, en niet enkel grafeen membranen.

Bron: nature


3D print schaalmodel structuur grafeen