Enskiktsgrafen finner praktiska tillämpningar inom många områden, tack vare dess önskvärda inneboende egenskaper. Dock, dessa egenskaper kan också begränsa dess potential. Tillägg av främmande atomer kan hjälpa, men kräver exakt kontroll. Nu, forskare från Sydkorea uppfann en enkel metod för att uppnå fin kontroll över integreringen av främmande atomer med grafen, utveckla kompositgrafenbaserade heterostrukturer som kan användas för att lagra energi till låg kostnad och tillverka ultratunna, bärbar elektronik.

Få material har stulit rampljuset som grafen. Sedan dess upptäckt, grafen har blivit populärt för nästan all teknik där ute, tack vare dess exceptionella egenskaper såsom hög yta, kemisk stabilitet, och hög mekanisk styrka och elasticitet. Dock, trots dess till synes obegränsade tillämpningar, grafens potential förblir underutnyttjad på grund av flera faktorer, framför allt dess enatomtjocklek, kemisk tröghet, och avsaknaden av ett energigap.

Ett sätt att övervinna dessa begränsningar är genom att integrera grafen med andra material, såsom metaller, isolatorer, och halvledare, att bilda sammansatta strukturer med önskvärda egenskaper. Till exempel, forskare lägger till metalloxider till grafen för att skapa grafen monolager/metalloxid nanostrukturer (GML/MONS) som har förbättrade fysikaliska och kemiska egenskaper. Dock, att avsätta enhetliga lager av metalloxider över grafen utan att störa egenskaperna hos grafenlagret är extremt utmanande.

I en ny studie publicerad i Nanoenergi , ett team av materialforskare från Sydkorea har nu utvecklat GML/MONS genom att använda en lågtemperaturteknik som kallas elektrokemisk avsättning, där de odlade metalloxidnanostrukturer uteslutande på grafenets inhemska defektplatser. De uppnådde detta genom att nedsänka ett enatomtjockt grafenskikt i en metalloxidprekursorlösning. Genom att justera avsättningstiden, forskarna kunde deponera metalloxiden exakt på grafenmonoskiktet, skapa sammansatta strukturer med unika egenskaper i processen. "Metaloxidintegrerade grafenmonoskikt med lägre densiteter (≤30 μg/cm ² ) har färre defekter, medan de med högre densitet har synergistiska egenskaper, " förklarar professor Sungwon Lee från Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST), Sydkorea, som ingick i forskargruppen.

Genom att kontrollera metalloxidens tjocklek och densitet, forskarna utvecklade koboltoxid med hög energidensitet (Co ₃ O ₄ )/GML-baserade mikrosuperkondensatorer som kan användas som strömkälla, och ultratunna zinkoxid (ZnO)/GML-baserade fotoresistorer som hade utmärkt flexibilitet och bärbarhet.

Forskarna är entusiastiska över framtidsutsikterna för deras nya metodik. "Denna nya klass av heterostrukturer skulle kunna användas för tillverkning av giftfria och billiga energiomvandlings- och lagringsenheter samt utveckling av ultratunna, lättvikt, och hudmonterbara enheter som kan integreras med hälsoövervakningssystem i realtid, " kommenterar prof. Lee.

Teamets resultat banar väg för utvecklingen av biokompatibla, hållbar, miljövänlig, och ultralätta grafenbaserade material.