Edullista 3D-grafeenia

Kaksiulotteiset grafeenitasot ovat erittäin vahvoja, kevyitä ja hyvin sähköä johtavia mutta tähän mennessä yritykset luoda kolmiulotteista grafeenia ovat tuottaneet heikkoja ja huonosti johtavia rakenteita. Se on johtunut grafeenitasojen välisistä heikoista kosketuksista.

Nyt japanilaisen World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA) tutkimuslaitoksen johdolla toimineet tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan valmistaa 3D-grafeenia.

Ikivanhan sokeripuhalluskoristelun innoittamana, tutkijat päättelivät, että toisiinsa liittyvien kuplien rakenne voisi antaa mallin kolmiulotteisen grafeenin rakenteelle.

Tutkijat tuottivat kuplamassoja polymeerisestä glukoosiliuoksesta (meladoidini) vapautuvan kaasun avulla. Kuplien seinämistä valutettiin ylimääräinen siirappi pois ja rakennetta edelleen lämmittäen sekä hapen ja veden poistaen, melanoidiini vähitellen grafitoitui.

Näin kehittyi kolmiulotteista grafeenia, joka koostuu alkuperäisistä kulpaseinämistä muodostuneista grafeenikalvoista, jotka liittyvät toisiinsa kuplarakenteiden liittymäkohtien mukaisesti.

Kuplarakenne mahdollistaa elektronien vapaan liikkuvuuden koko rakenteen ulottuvuudessa. Lisäksi sen mekaaninen lujuus ja elastisuus ovat epätavallisen vahvoja. Ryhmä pystyi puristamaan sitä jopa 80 prosentin verran sen menettämättä juurikaan johtavuusominaisuuksia tai vakautta.

Tutkimuksia vetänyt Yoshio Bando ryhmineen valmisti laboratoriossaan gramman verran uutta 3D-grafeenia, ja arvioi valmistuskustannuksiksi noin 0,5 dollaria per gramma.

Materiaalin havaittiin soveltuvan erittäin tehokkaaksi super-kondensaattoriksi. Sen tehotiheys on noin 10⁶ W/kg.