(Phys.org) —En sömlös grafen/nanorörshybrid som skapats vid Rice University kan vara det bästa elektrodgränssnittsmaterialet som är möjligt för många energilagrings- och elektronikapplikationer.

Leds av Rice -kemisten James Tour, forskare har framgångsrikt odlat skogar av kolnanorör som snabbt stiger från ark med grafen till häpnadsväckande längder på upp till 120 mikron, enligt ett papper publicerat idag av Naturkommunikation . Ett hus på en genomsnittlig tomt med samma bildförhållande skulle stiga ut i rymden.

Det innebär en enorm mängd yta, nyckelfaktorn för att göra saker som energilagrande superkondensatorer.

Rishybriden kombinerar tvådimensionell grafen, som är ett ark kol en atom tjock, och nanorör till en sömlös tredimensionell struktur. Obligationerna mellan dem är kovalenta, vilket innebär att intilliggande kolatomer delar elektroner i en mycket stabil konfiguration. Nanorören sitter inte bara på grafenarket; de blir en del av det.

"Många har försökt fästa nanorör till en metallelektrod och det har aldrig gått så bra eftersom de får en liten elektronisk barriär precis vid gränssnittet, "Tour sa." Genom att odla grafen på metall (i detta fall koppar) och sedan odla nanorör från grafen, den elektriska kontakten mellan nanorören och metallelektroden är ohmisk. Det betyder att elektroner inte ser någon skillnad, för det är allt ett sömlöst material.

"Detta ger oss, effektivt, en mycket hög ytarea på mer än 2, 000 kvadratmeter per gram material. Det är ett stort antal, "sa Tour, Rices T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och datavetenskap och en medförfattare med tidigare postdoktoralforskare och huvudförfattare Yu Zhu, nu biträdande professor vid University of Akron.

Tour sa att beviset på materialets hybridkaraktär ligger i de sju ledade ringarna vid övergången från grafen till nanorör, en struktur förutspådd av teori för ett sådant material och nu bekräftat genom elektronmikroskopbilder med subnanometerupplösning.

Kol har ingen kollega som ett ledande material i en så tunn och robust form, särskilt i form av grafen eller vissa typer av nanorör. Att kombinera de två verkar erbjuda stor potential för elektroniska komponenter som snabba superkondensatorer som, på grund av den massiva ytan, kan innehålla mycket energi i ett litet paket.

Riskemisten Robert Hauge och hans team gjorde de första stegen mot en sådan hybrid under det senaste decenniet. Hauge, en framstående lärare i kemi vid Rice och medförfattare till det nya verket, upptäckte ett sätt att göra tätt packade mattor av nanorör på ett kolsubstrat genom att hänga upp katalysatorbandade flingor i en ugn. Vid uppvärmning, katalysatorn byggde kolnanorör som skyskrapor, börjar på underlaget och jobbar sig upp. I processen, de lyfte aluminiumoxidbufferten till luften. Det hela såg ut som en drake med många strängar och kallades en odako, som de gigantiska japanska drakarna.

I det nya arbetet, laget odlade en specialiserad odako som behöll järnkatalysatorn och aluminiumoxidbufferten men lade dem ovanpå ett lager grafen som odlades separat på ett kopparsubstrat. Kopparen stannade för att fungera som en utmärkt strömkollektor för de tredimensionella hybriderna som odlades inom några minuter till kontrollerbara längder på upp till 120 mikron.

Bilder av elektronmikroskop visade en-, två- och treväggiga nanorör stadigt inbäddade i grafen, och elektriska tester visade inget motstånd mot strömflödet vid korsningen.

"Prestanda vi ser i denna studie är lika bra som de bästa kolbaserade superkondensatorerna som någonsin har gjorts, "Tour sa." Vi är egentligen inte ett superkondensatorlabb, och ändå kunde vi matcha prestandan på grund av kvaliteten på elektroden. Det är verkligen anmärkningsvärt, och allt går tillbaka till det unika gränssnittet. "