Figur 1:En illustration av "kemisk blåsmetod, "en ny metod för tillverkning av 3D -grafenprodukter, inspirerad av den blåsta sockerkonsten. Socker (glukos) och ammoniumsalt (NH4Cl) blandas och polymeriseras. Glukoshärledande polymerer "blåses" sedan med kemiskt frisatta ammoniakgaser, att göra ett antal polymerbubblor. Senare, genom uppvärmning vid hög temperatur, polymeren kan omvandlas till grafen med upprätthållande av bubblanätverkets strukturer. Slutprodukten med de speciella bubbelnätverken heter "strut grafen".
En forskargrupp vid NIMS International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) lyckades för första gången i världen att tillverka produkter med en struktur där ultratunna grafen är limmade på ett 3D -spårat ramverk. Detta uppnåddes med en ny och unik metod inspirerad av blåsockerkonsten, som kan kallas "kemisk blåsmetod".
En forskargrupp vid International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) från National Institute for Materials Science (NIMS), ledd av Dr. Yoshio Bando (NIMS Fellow), Dr Xuebin Wang (NIMS postdoktoral forskare), och Dr. Golberg Dmitri (enhetsdirektör), har lyckats för första gången i världen med att tillverka produkter med en struktur där ultratunna grafen (monoskikt eller fåskikt) är limmat på en 3D -strutad ram. Detta har uppnåtts med en ny och unik metod inspirerad av den blåsta sockerkonsten, som kan kallas "kemisk blåsmetod".
Grafen är ett ultratunt material. Det är en form av kol men har unika egenskaper som inte finns i andra kolmaterial som grafit, diamant och kol nanorör. Forskarna som upptäckte detta material tilldelades Nobelpriset i fysik 2010. Även om dess tillämpning har förväntats blomma, det är fortfarande svårt att skapa en tillförlitlig 3D -grafenstruktur, vilket är nödvändigt för att övervinna den svaga anslutningen mellan ark, låg yta och otillräcklig mekanisk hållfasthet för normala grafenprodukter. Många forskare har försökt göra 3D -grafen men misslyckats med att uppnå detta utan att försämra dess egenskaper.
Forskargruppen lyckades för första gången i världen göra 3D -grafenprodukter, genom att tillämpa en innovativ, aldrig tidigare publicerad metod inspirerad av blåsockerkonsten, som de kallar "kemisk blåsmetod" eller unikt namn som "sockerblåsningsmetod". I denna metod, glukos och ammoniumsalt blandas och värms vid cirka 250 ° C, genom vilka glukos-härledande polymerer kan erhållas. De frigjorda ammoniakgaserna "blåser" polymerer genom att skapa tryck inifrån, generera ett antal små polymerbubblor på tiotals mikron. Samtidigt, ett ramverk för att stabilisera strukturen bildas och en produkt med en strutad 3D -struktur görs. Efter det, denna produkt värms ytterligare till 1, 350 ° C för att göra polymerväggarna till grafen. Den slutliga 3D -grafenprodukten har en struktur där grafen är limmad på ett strukturellt stabilt ramverk av tunna stag, speciellt benämnd "strutted graphene". Denna "kemiska blåsmetod" är en innovativ metod för att snabbt göra grafenprodukter med en 3D -struktur, enkelt och till låg kostnad.
Elektrokemiska kondensatorer med elektroder gjorda av de strutade 3D -grafenprodukterna som utvecklats i denna forskning kan uppnå en hög specifik effekttäthet. De nya produkterna förväntas användas i stor utsträckning som högpresterande kondensatormaterial i enheter för snabb laddning och urladdning av bärbar elektronik och elfordon och elektromagnetisk sjösättning av flygplan. "Metoden för kemisk blåsning" kommer också att vara allmänt tillgänglig som en ny metod för att göra ultratunna membran mer än grafen.
Forskningsresultaten publicerades som en prestation av World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), i onlineversionen av en brittisk vetenskapstidning, Naturkommunikation , den 16 december, 2013.
