Grafenark är oerhört starka, lätt och utmärkt på att leda elektricitet. Teoretiskt sett, makroskopiska tredimensionella grafenaggregat bör behålla egenskaperna hos nanoskala grafenflingor. Dock, senaste försök att göra 3D-grafen har resulterat i svag konduktivitet på grund av dålig kontakt mellan grafenark. Förlust av styrka är också ett problem, och självbärande 3D-grafen har ännu inte producerats.

Nu, Xuebin Wang och Yoshio Bando vid Japans World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), tillsammans med medarbetare över hela Japan och Kina, har skapat ett nytt sätt att göra 3D-grafen med hjälp av bubblor som blåses i en polymer glukoslösning. Den resulterande 3D-grafenen är robust och bibehåller utmärkt ledningsförmåga.

Inspirerad av den gamla matkonsten "blåst socker", Bando och hans team resonerade att den struttade, sammanhängande karaktär av sammanfogade bubblor skulle lämpa sig för styrka och konduktivitet om grafen kunde struktureras på samma sätt. Forskarna skapade en sirap av vanligt socker och ammoniumklorid. De värmde sirapen, genererar en glukosbaserad polymer som kallas melanoidin, som sedan blåstes till bubblor med hjälp av gaser som frigjordes av ammoniumet. Teamet fann att slutprodukten av bästa kvalitet var resultatet av en balans mellan lika ammoniumnedbrytning och glukospolymerisation under detta skede.

När bubblorna växte, den återstående sirapen tappade ut ur bubbelväggarna, lämnar inom skärningspunkterna för tre bubblor. Under ytterligare uppvärmning, deoxidation och dehydrering, melanoidinet grafitiserades gradvis för att bilda "strutted graphene":en sammanhängande 3D-struktur som består av grafenmembran sammanlänkade av grafen-stut-ramverk, som resulterade från ursprungliga bubbelväggar respektive intersektionella skelett.

Bubblestrukturen möjliggör fri rörlighet för elektroner genom nätverket, vilket betyder att grafenen behåller full konduktivitet. Inte bara detta, men den mekaniska styrkan och elasticiteten hos 3D-grafen är extraordinärt robust – teamet kunde komprimera den till 80 % av sin ursprungliga storlek med liten förlust av ledande egenskaper eller stabilitet.

Efter deras upptäckt, Bando och hans team producerade tillförlitligt 3D-grafen i gram-nivå till en kostnad på $0,5 per gram i deras labb. Den låga kostnaden, hög skalbarhet för denna nya metod kan ha många tillämpningar inom teknik och elektronik. Selektivt användes den rikliga produkten som en mycket effektiv superkondensator; dess maximala effekttäthet är högst bland 3D-grafenbaserade vattenhaltiga superkondensatorer, ca. 10^6 W/kg. Detta belyser en fantastisk framtid för snabb start av elfordon och lansering av flygplan.