Nanoskivor av grafenoxid utsätts för mycket högt tryck när avståndet mellan skikten förkortas genom värmebehandling. Tjockleken på ett nanoark är cirka 1 nm. (1 Å =0,1 nm =0,0000001 mm) Kredit:Ryo Ohtani
Grafen är ett ark av kol som bara är en atom tjockt, och det har väckt uppmärksamhet över hela världen som ett nytt material. En forskargrupp från Kumamoto University, Japan har upptäckt att tryck kan genereras genom att bara stapla grafenoxidnanoark, ett material som liknar grafen. De fann också att trycket kan ökas genom att minska avståndet mellan skikten genom värmebehandling. Det är en innovativ metod för att applicera högt tryck utan att använda en enorm mängd energi.
Nobelpriset i fysik 2010 tilldelades två forskare, Andre Geim och Konstantin Novoselov, för banbrytande grafenexperiment. Kolmaterialet är mycket tunt, stark, flexibel, och har hög elektrisk ledningsförmåga. Oxiderade grafennanoark har många syrefunktionella grupper på fram- och baksidan av grafen, och tidigare forskning har visat att om flera lager av oxiderade grafennanoark värmebehandlas, avståndet mellan skikten krymper när syrefunktionella grupper elimineras.
Detta ledde till att forskarna vid Kumamoto University, Japan överväger att minska mellanskiktsavståndet för grafenoxidnanoark, skulle kunna göra det möjligt att använda den som en kompressor som applicerar tryck på ett ämne som är inklämt mellan arken. För att mäta trycket mellan nanoark, de använde molekylära material som ändrar det elektriska tillståndet hos metalljoner som svar på tryck (spin crossover-fenomen). De observerade en elektrisk tillståndsförändring av järnnanopartiklar genom att lägga in materialet och mäta spinnöverkorsningsfenomenet mellan grafenoxidnanoark.
När mellanskiktsavståndet blir mindre, trycket mellan lagren stiger. Detta innebär att tryckvärdet kan justeras av värmebehandlingstemperaturen. Det maximala trycket som forskarna mätte var 38 x 10 6 Pa (101, 300 Pa vid atmosfärstryck, eller cirka 375 atm). Dessutom, de fann att tryck inte uppstår om inte nanoarken är ordentligt staplade.
"Det finns flera exempel på speciella material som orsakar kompression genom att bara lägga in eller linda in, liknande våra resultat här, " sa assisterande professor Ryo Ohtani vid Kumamoto University, som ledde studien. "Men, så vitt vi vet, detta grafen nanoark är det första exemplet i världen med möjligheten att justera applicerat tryck genom att helt enkelt ändra värmebehandlingstemperaturen. Vi förväntar oss att denna "nano-kompressor" kommer att leda till ny utveckling inom områden som materialkemi eller fysik. Speciellt eftersom denna teknik ger höga tryck som normalt inte kan uppnås utan att tillföra en stor mängd energi."
