Forskare har skapat ett bläck tillverkat av grafen -nanosheet, och visat att bläcket kan användas för att skriva ut 3D-strukturer. Eftersom det grafenbaserade bläcket kan massproduceras på ett billigt och miljövänligt sätt, de nya metoderna banar väg för att utveckla en mängd olika skrivbara energilagringsenheter.

Forskarna, ledd av Jingyu Sun och Zhongfan Liu vid Soochow University och Beijing Graphene Institute, och Ya-yun Li vid Shenzhen University, har publicerat ett papper om sitt arbete i ett nyligen utgåva av ACS Nano .

"Vårt arbete inser den skalbara och gröna syntesen av kvävedopade grafen-nanoskikt på en saltmall genom direkt kemisk ångavsättning, "Berättade solen Phys.org . "Detta gör det möjligt för oss att ytterligare utforska de härledda bläckerna inom utskrivbar energilagring."

Som forskarna förklarar, ett nyckelmål inom grafenforskning är massproduktion av grafen med hög kvalitet och till låg kostnad. Energilagringsapplikationer kräver vanligtvis grafen i pulverform, men hittills har produktionsmetoder resulterat i pulver med ett stort antal strukturella defekter och kemiska föroreningar, samt ojämn skikttjocklek. Detta har gjort det svårt att förbereda grafenfärger av hög kvalitet.

I det nya papperet forskarna har visat en ny metod för att förbereda grafenfärger som övervinner dessa utmaningar. Metoden innebär att odla kväve-dopade grafen-nanoskikt över NaCl-kristaller med direkt kemisk ångavsättning, vilket får molekylfragment av kväve och kol att diffundera på ytan av NaCl -kristallerna. Forskarna valde NaCl på grund av dess naturliga överflöd och låga kostnad, liksom dess vattenlöslighet. För att ta bort NaCl, de belagda kristallerna är nedsänkta i vatten, vilket får NaCl att lösa sig och lämna efter sig rena kväve-dopade grafenburar. I det sista steget, behandling av burarna med ultraljud förvandlar burarna till 2-D nanoskikt, ca 5-7 grafitlager tjocka.

De resulterande kväve-dopade grafen-nanoskikten har relativt få defekter och en idealisk storlek (cirka 5 mikrometer i sidlängd) för utskrift, eftersom större flingor kan blockera munstycket. För att demonstrera nanosheetens effektivitet, forskarna skrev ut en mängd olika 3D-strukturer med hjälp av bläck baserat på grafenarken. Bland deras demonstrationer, forskarna använde bläcket som ett ledande tillsatsmedel för ett elektrodmaterial (vanadiumnitrid) och använde kompositbläcket för att skriva ut flexibla elektroder för superkondensatorer med hög effekttäthet och god cyklisk stabilitet.

I en andra demonstration, forskarna skapade ett sammansatt bläck av grafenarken tillsammans med bindemedelsmaterial (polypropen) för utskrift av mellanlager för Li -S -batterier. Jämfört med batterier med separatorer som endast är tillverkade av konventionellt material, de som tillverkats med kompositmaterialet uppvisade förbättrad konduktivitet, vilket leder till en övergripande förbättring av batteriets prestanda.

"I framtiden, vi planerar att utnyttja den direkta kemiska ångavsättningstekniken för massproduktion av högkvalitativa grafenpulver mot nya utskrivbara energilagringsapplikationer, "Sa Sun.

© 2019 Science X Network