Lisää kerroksia kierteisiin grafeenikerroksiin

Grafeenilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten suuri pinta-ala, erinomainen sähkönjohtavuus, mekaaninen lujuus ja joustavuus, jotka tekevät siitä vahvan ehdokkaan energian varastoinnin nopeuden ja kapasiteetin lisäämiseen.

Kahden grafeenilevyn kiertäminen maagisessa 1,1 asteen kulmassa luo "litteän kaistan" rakenteen, mikä tarkoittaa, että kaikilla liikemääräarvojen alueella olevilla elektroneilla on suunnilleen sama energia. Tämän litteän kaistan energiatasolla on valtava huippu tilojen tiheydessä tai elektronien käytettävissä olevissa energiatasoissa, mikä lisää sähkönjohtavuutta.

Viimeaikainen työ vahvisti kokeellisesti, että näitä litteitä kaistoja voidaan valjastaa lisäämään kierretyn kaksikerroksisen grafeenin varauksensiirtoreaktiivisuutta, kun ne yhdistetään sopivaan redox-pariin – parilliseen kemikaalisarjaan, jota käytetään usein energian varastoinnissa elektronien siirtämiseen akkuelektrodien välillä.

Michiganin yliopiston tutkijoiden tuoreessa tutkimuksessa tehdyn sähkökemiallisen aktiivisuusmallin mukaan ylimääräisen kolmannen grafeenikerroksen lisääminen tuotti nopeamman elektroninsiirron kaksikerroksiseen grafeeniin verrattuna.

"Olemme havainneet erittäin joustavan ja parannetun varauksensiirtoreaktiivisuuden kierretystä kolmikerroksisesta grafeenista, ja se ei rajoitu tiettyihin kiertymiskulmiin tai redox-pareihin", sanoo apulaisprofessori Venkat Viswanathan yliopistonsa tiedotteessa.

Kolmen grafeenikerroksen pinoaminen toi ylimääräisen kiertokulman, mikä luo "suhtautumattomia" eli ei-toistuvia kuvioita pienissä kulmissa - toisin kuin kaksikerroksinen grafeeni, joka muodostaa toistuvia kuvioita. Pohjimmiltaan, kun lisätään kolmas kerros, kuusikulmaiset hilat eivät ole täysin kohdakkain.

Huoneenlämmössä näillä ei-toistuvilla kuvioilla on laajempi valikoima kulmia, joissa on suuri tilojen tiheys ja siten lisää sähkönjohtavuutta.

"Tämä löytö helpottaa valmistusta ja välttää haasteen varmistaa täsmällinen kiertokulma, jollaisen kaksikerroksinen grafeeni vaatii", toteaa tohtoriopiskelija Mohammad Babar.

Seuraavana askeleena tutkijat aikovat tarkistaa nämä löydökset kokeissa ja mahdollisesti löytää vielä korkeamman aktiivisuuden monikerroksisissa kierretyissä 2D-materiaaleissa monenlaisiasähkökemiallisia prosesseja, kuten redox-reaktioita ja sähkökatalyysiä, varten.

"Työmme avaa uuden kinetiikan kentän 2D-materiaaleille, vangitsemalla suhteellisten ja epäsuhtaisten rakenteiden sähkökemialliset ilmiöt.

Aiheesta aiemmin:

Magneettisia yllätyksiä grafeeneissa

Taikamateriaali moneksi elektroniseksi rakenteeksi

Eksotiikkaa maagisen kulman grafeenissa