(PhysOrg.com) -- Nya resultat av forskare vid Umeľ University, Sverige, visar att inte bara vatten utan även alkohollösningsmedel kan införas för att expandera strukturen av grafitoxid under högtrycksförhållanden. Informationen är till hjälp i sökandet efter nya metoder för att utveckla fantastiska material som kan användas till exempelvis nanoelektronik och för energilagring.
Grafitoxid har en skiktad struktur som vanlig grafit, används i pennor, men med ökat avstånd mellan lagren. Den har också en unik förmåga att införliva olika lösningsmedel mellan skikten. Även efter 150 års studier återstår strukturen av grafitoxid att vara något av ett mysterium.
Intresset för grafitoxid har nyligen värmts upp på grund av möjligheten att omvandla det till grafen - ett ark av kol endast en atom tjockt. Grafen har potential att fungera som grunden för en helt ny klass av material, som är extremt starka men ändå lätta. De extraordinära materialen kan till exempel användas för nanoelektronik, i solceller, för beredning av exceptionellt starkt papper, och att förbättra bränsleeffektiviteten i bilar och flygplan. Grafitoxid kan omvandlas till grafen genom måttlig uppvärmning och till och med genom en blixt från en vanlig kamera. En alternativ metod är kemisk behandling av grafitoxid dispergerad i lösning. För att göra omvandlingen av grafitoxid till grafen mer effektiv behöver forskare känna till detaljerad information om strukturen av grafitoxid, inklusive dess struktur i lösning vid olika förhållanden.
"Vi har hittat en rad nya fenomen för grafitoxid vid högtrycksförhållanden. Detta ger ytterligare möjligheter att utveckla nya kompositgrafenrelaterade material med hjälp av högtrycksbehandling och att modifiera grafitoxid kemiskt. Klart, vi kan infoga större molekyler mellan grafitoxidskikt på grund av expansionen av gittret vid högtrycksförhållanden. Också, när lager av grafitoxid separeras av flera lager lösningsmedel är det mer sannolikt att de kommer att förbli separerade efter reduktion, vilket förhindrar bildandet av grafit och underlättar syntesen av grafen", säger Dr Alexandr Talyzin.
Förra året var ett internationellt team av forskare från Sverige, Ungern, Tyskland och Frankrike rapporterade en ovanlig egenskap hos grafitoxid:strukturen expanderade under högt tryck på grund av införande av flytande vatten. Den nya studien ledd av forskare från Umeľ University och utförd vid den schweizisk-norska strållinjen (ESRF, Grenoble) rapporterar att inte bara vatten utan även alkohollösningsmedel (metanol och etanol) kan infogas mellan oxiderade grafenskikt under högtrycksförhållanden.
"Dock, det sker på ett helt annat sätt jämfört med när vatten förs in under högt tryck. Alkohol införs i ett enda steg som ett komplett lager i strukturen vid ett visst tryck medan vatteninföring sker gradvis, utan tydliga steg", säger dr Alexandr Talyzin. Experiment med metanol och vattenblandningar visade att vatten mellan lagren av grafitoxid är i flytande tillstånd och förblir flytande även när bulkvatten stelnar runt korn av materialet.
"Den extra mängden vatten och metanol frigörs också från strukturen när trycket minskar, vilket resulterar i en unik strukturell "andnings"-effekt. Det är också anmärkningsvärt att för etanol observerades den expanderade högtrycksstrukturen även efter full tryckavlastning", säger Dr Alexandr Talyzin.
Experimenten utfördes med diamantstädceller, som gör det möjligt att klämma ihop små prover till mycket höga tryck och att studera fastransformationer med hjälp av röntgendiffraktion genom diamanter. De nya resultaten publiceras i J. Am. Chem. Soc av Alexandr V. Talyzin, Bertil Sundqvist, (Sverige), Tamás Szabó, Imre Dekany (Ungern) och Vladimir Dmitriev (Frankrike).
