Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har utvecklat en unik enstegsprocess för att uppnå tredimensionell (3D) texturering av grafen och grafit. Med användning av ett kommersiellt tillgängligt termiskt aktiverat polymersubstrat med formminne, denna 3D-texturering, eller "krympning, " möjliggör ökad yta och öppnar dörrarna till utökade möjligheter för elektronik och biomaterial.

"I grunden inneboende spänningar på skrynkligt grafen skulle kunna tillåta modulering av elektriska och optiska egenskaper hos grafen, " förklarade SungWoo Nam, en biträdande professor i mekanisk vetenskap och teknik vid Illinois. "Vi tror att de skrynkliga grafenytorna kan användas som elektroder med större ytarea för batteri- och superkondensatorapplikationer. Som beläggningsskikt, 3D-texturerade/krympliga nanotopografier kan tillåta omnifoba/antibakteriella ytor för avancerade beläggningstillämpningar."

Grafen - ett enda atomlager av sp2-bundna kolatomer - har varit ett material av intensiv forskning och intresse under de senaste åren. En kombination av exceptionella mekaniska egenskaper, hög mobilitet för transportörer, värmeledningsförmåga, och kemisk tröghet, gör grafen till ett utmärkt kandidatmaterial för nästa generations optoelektroniska, elektromekaniska, och biomedicinska tillämpningar.

"I den här studien, vi utvecklade en ny metod för kontrollerad skrynkling av grafen och grafit via värmeinducerad kontraktil deformation av det underliggande substratet, " förklarade Michael Cai Wang, en doktorand och första författare till tidningen, "Heterogen, Tredimensionell texturering av grafen, " som förekom i tidningen Nanobokstäver . "Medan grafen i sig uppvisar små krusningar i omgivningsförhållanden, vi skapade stora och avstämbara skrynkliga texturer på ett skräddarsytt och skalbart sätt."

"Som enklare, mer skalbar, och rumsligt selektiv metod, denna texturering av grafen och grafit utnyttjar den termiskt inducerade omvandlingen av termoplaster med formminne, som tidigare har använts för tillverkning av mikroflödesanordningar, metallisk filmmönster, nanotrådsenhet, och robotiska självmonteringsapplikationer, " lade Nam, vars grupp har ansökt om patent på sin nya strategi. "Den termoplastiska naturen hos det polymera substratet tillåter också att den skrynkliga grafenmorfologin godtyckligt återplaneras vid samma förhöjda temperatur för skrynklingsprocessen."

"På grund av den extremt låga kostnaden och enkla bearbetningen av vårt tillvägagångssätt, vi tror att detta kommer att vara ett nytt sätt att tillverka nanoskala topografier för grafen och många andra 2D- och tunnfilmsmaterial."

Forskarna undersöker också de texturerade grafenytorna för 3D-sensorapplikationer.

"Förbättrad yta kommer att möjliggöra ännu mer känsliga och intima interaktioner med biologiska system, leder till högkänsliga enheter, " sa Nam.