(Phys.org) - För första gången, forskare har integrerat transparens i fristående, flexibelt grafenpapper (FFT-GP), och visat att det nya materialet kraftigt kan förbättra prestanda för superkondensatorer.

"Fristående flexibelt och transparent grafenpapper syntetiserades för första gången, och kapacitansen förbättrades med nästan 1000 gånger jämfört med den för laminerade eller skrynkliga kemiska ångavsättning grafenfilmbaserade superkondensatorer, "Chengxin Wang, Professor vid Sun Yat-sen (Zhongshan) University i Guangzhou, Kina, berättade Phys.org . "Kapacitansen för superkondensatorerna baserade på FFT-GP är också minst tio gånger större än tidigare rapporterade värden för transparenta och flexibla superkondensatorer baserade på rena kolmaterial. Men vissa kolbaserade otransparenta superkondensatorer fungerar fortfarande bättre än den FFT-GP-baserade transparenta superkondensatorn. "

Wang och hans medförfattare har publicerat en uppsats om det nya materialet i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver .

Den förbättrade prestandan härrör till stor del från de prismaliknande grafenbyggstenarna som FFT-GP är gjord av. De ihåliga strukturerna hos den prisma-liknande grafen som ger materialet dess transparens ger också ytterligare utrymme för kemiska reaktioner att inträffa jämfört med andra material. Dessutom, de inriktade och sammanlänkade prisma-liknande strukturerna ger en vidöppen motorväg för joner och elektroner att färdas längs, och den goda laddningstransporten leder till en övergripande bättre prestanda.

För att göra det nya materialet, forskarna var tvungna att övervinna det största hindret för syntesen av tunna, transparenta grafenark, vilket är att arken lätt går sönder när de tas bort från mallen. Här, forskarna använde NaCl-pulver-i huvudsak finmalt bordsalt-som mall för FFT-GP-tillväxt. Med hjälp av en metod som kallas mikrovågsplasmaförbättrad kemisk ångavsättning, forskarna skapade en "plasmastämning" av NaCl, kol, och väte. I slutet av denna process, NaCl får omkristallisera på ett kiselsubstrat. Dessa NaCl-kristaller fungerar som mallar på vilka grafenfragment bildas och växer till prisma-liknande grafen, som kan skalas av underlaget med ett rakblad.

Även om FFT-GP som skapats här är något skrynkligt och har en ljusbrun färg, forskarna visade att det fortfarande tål mer än 1, 000 böjnings- och töjningscykler med liten kapacitetsförlust, och överför fortfarande tydligt ljus. Forskarna demonstrerade också en tandem-enhet gjord av två integrerade FFT-GP-baserade superkondensatorer placerade över en smarttelefonskärm (för att visa transparens) som tänder en LED.

Materialets kombination av flexibilitet, genomskinlighet, elektrisk konduktivitet, och stor yta öppnar dörrarna för många nya potentiella applikationer, som töjbara och transparenta solceller, upprullade skärmar, och självdriven och bärbar optoelektronik. Prismliknande grafens ihåliga struktur kan också utnyttjas för andra användningsområden, som att lagra mer ljusabsorberande färgämne i färgämneskänsliga solceller. Forskarna planerar att utforska dessa möjligheter i framtiden.

"Först, vi försöker använda FFT-GP i färgkänsliga solceller, "Sade Wang." På grund av dess ihåliga och porösa prisma-liknande grafenbyggstenar med stor effektiv yta, större mängder ljusabsorberande färgämne kunde lagras än i andra grafenmaterial. Kanske är denna design en bättre lösning för att förbättra färgadsorptionen och för att förbättra ljusets fångst och spridningsförmåga jämfört med andra grafenmaterial. Andra, FFT-GP-baserade högteoretiska kapacitanskompositer kommer att syntetiseras för att förbättra energitätheten hos FFT-GP-baserade transparenta superkondensatorer. Tredje, FFT-GP kan appliceras som litiumjonbatterianoder, och sedan kan ett transparent litiumjonbatteri i helt tillstånd utvecklas. "

© 2015 Phys.org