Rice Universitys forskare har gjort trä till en elektrisk ledare genom att förvandla dess yta till grafen.

Riskemist James Tour och hans kollegor använde en laser för att svärta ett tunt filmmönster på ett tallblock. Mönstret är laserinducerad grafen (LIG), en form av det atom-tunna kolmaterialet som upptäcktes vid Rice 2014.

"Det är en förening av det arkaiska med det nyaste nanomaterialet till en enda kompositstruktur, " sa Tour.

Upptäckten är detaljerad denna månad i Avancerade material .

Tidigare iterationer av LIG gjordes genom att värma ytan på ett ark av polyimid, en billig plast, med en laser. Istället för ett platt ark av hexagonala kolatomer, LIG är ett skum av grafenark med en kant fäst vid den underliggande ytan och kemiskt aktiva kanter utsatta för luften.

Inte vilken polyimid som helst skulle producera LIG, och vissa träslag föredras framför andra, sa Tour. Forskargruppen ledd av Rice-studenterna Ruquan Ye och Yieu Chyan provade björk och ek, men fann att tallens tvärbundna lignocellulosastruktur gjorde det bättre för produktion av högkvalitativt grafen än träslag med lägre ligninhalt. Lignin är den komplexa organiska polymeren som bildar stela cellväggar i trä.

Ye sa att omvandling av trä till grafen öppnar nya vägar för syntesen av LIG från icke-polyimidmaterial. "För vissa applikationer, såsom tredimensionell grafenutskrift, polyimid kanske inte är ett idealiskt substrat, sade han. Dessutom, trä är rikligt och förnybart."

Som med polyimid, processen sker med en standard industriell laser vid rumstemperatur och tryck och i en inert argon- eller väteatmosfär. Utan syre, värme från lasern bränner inte tallen utan förvandlar ytan till skrynkliga flagor av grafenskum bundna till träytan. Ändring av lasereffekten förändrade också den kemiska sammansättningen och termiska stabiliteten hos den resulterande LIG. Vid 70 procent effekt, lasern producerade den högsta kvaliteten på vad de kallade "P-LIG, " där P står för "furu".

Labbet tog sin upptäckt ett steg längre genom att förvandla P-LIG till elektroder för att dela vatten till väte och syre och superkondensatorer för energilagring. För den förra, de avsatte lager av kobolt och fosfor eller nickel och järn på P-LIG för att göra ett par elektrokatalysatorer med stora ytareor som visade sig vara hållbara och effektiva.

Att deponera polyanilin på P-LIG gjorde det till en energilagrande superkondensator som hade användbara prestandamått, sa Tour.

"Det finns fler applikationer att utforska, " Sa du. "T.ex. vi skulle kunna använda P-LIG i integrationen av solenergi för fotosyntes. Vi tror att denna upptäckt kommer att inspirera forskare att tänka på hur vi kan konstruera de naturresurser som omger oss till bättre fungerande material. "

Tour såg en mer omedelbar miljöfördel med biologiskt nedbrytbar elektronik.

"Grafen är ett tunt ark av ett naturligt förekommande mineral, grafit, så vi skulle skicka tillbaka den till marken från vilken den kom tillsammans med träplattformen istället för till en soptipp full av elektronikdelar."