Umeåforskare visar hur aktiverat grafen, aktivt kol och andra hydrofoba kol kan dispergeras i vatten i form av mikrometerstora partiklar. Nyckelmedlet som hjälper till att få dessa dispersioner att hålla i flera dagar är den oxiderade formen av grafen som heter grafenoxid. Författarna har ansökt om patent på metoden att framställa dispersioner.

grafen, grafit, aktivt kol är ganska olika former av kol men det som är gemensamt för dem är deras hydrofoba egenskaper. Det är omöjligt att lösa eller dispergera dessa material i vatten direkt. Å andra sidan, att använda dispersioner eller lösningar för många applikationer är en stor fördel. Helst man kan spraya eller måla grafendispersion på metallfolie och förbereda t.ex. elektrodmaterial genom att helt enkelt torka.

Forskare har letat efter bra metoder för att framställa dispersioner med grafenrelaterade material i många år. Den vanligaste metoden som finns tillgänglig hittills är att använda organiska lösningsmedel och mycket stark mekanisk behandling, t.ex. sonikering under lång tid. Dock, Organiska lösningsmedel är ofta giftiga medan mekanisk behandling inte bara är tid- och energikrävande utan också introducerar många defekter, vilket negativt påverkar ledningsförmågan hos grafenarken.

Forskare från Umeå universitet har hittat en enkel och miljövänlig lösning på problemet:oxiderad form av grafen, grafenoxid, är hydrofilt och lätt att dispergera i vatten.

"Vad vi upptäckt är att stabila vattendispersioner kan framställas genom att tillsätta en viss mängd grafenoxid till olika hydrofoba kol, " säger Alexandr Talyzin, Docent vid institutionen för fysik vid Umeå universitet.

Hans team av fysiker testade metoden med kol med stor yta som grafen, aktiverad grafen, porösa eller aktiverade kol. Dispersionerna var stabila och fälldes inte ut ens efter dagars lagring. När de lade till några kolnanorör i dispersionen, det verkade vara ganska bra för att förbereda superkondensatorelektroder. Dispersionen applicerades på metallfolie, torkas och upphettas till 200o Celsius. Alla dessa steg skulle lätt kunna skalas in i industriell produktion, föreslår forskaren.

"Vad vi får i slutändan är en tunn film av ledande elektrodmaterial med ganska stor yta, god ledningsförmåga och utmärkt prestanda vid lagring av elektricitet i superkondensatorer. Den höga ytan tillhandahålls av mikrometerstora partiklar av t.ex. aktiverad grafen, medan nanorör och termiskt reducerad grafenoxid ger bra elektrisk kontakt mellan partiklarna, säger Alexandr Talyzin.

Dispersionerna kan vara användbara även i många andra applikationer som bläck för utskrift, skyddande beläggningar, och ledande färger.

Forskningen finansieras av EU Graphene Flagship, ett enormt internationellt projekt som syftar till att få ut grafen på marknaden. Forskare har också fått mycket stöd från Umeå universitet. Metoden för framställning av aktiverade grafendispersioner verkar också vara värd att patentera.

"Det gick förvånansvärt smidigt och snabbt när jag kontaktade Innovationskontoret vid Umeå universitet. Vi fick enormt mycket hjälp på kort tid tack vare experter som Daniel Hoffman och hans kollegor. Medan den vetenskapliga artikeln var under granskning, vi kunde slutföra ansökan om patent."

Studien publiceras i Journal of Physical Chemistry Letters .