(PhysOrg.com) -- Nieuwe resultaten door wetenschappers van Umeľ University, Zweden, laten zien dat niet alleen water, maar ook alcoholoplosmiddelen kunnen worden ingebracht om de structuur van grafietoxide onder hoge drukomstandigheden uit te zetten. De informatie is nuttig bij het zoeken naar nieuwe methoden om verbazingwekkende materialen te ontwikkelen die bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt in nano-elektronica en voor energieopslag.

Grafietoxide heeft een gelaagde structuur zoals gewoon grafiet, gebruikt in potloden, maar met een grotere afstand tussen de lagen. Het heeft ook een uniek vermogen om verschillende oplosmiddelen tussen de lagen op te nemen. Zelfs na 150 jaar onderzoek blijft de structuur van grafietoxide een beetje een mysterie.

De belangstelling voor grafietoxide is recentelijk aangewakkerd vanwege de mogelijkheid om het om te zetten in grafeen - een koolstoflaag van slechts één atoom dik. Grafeen heeft het potentieel om als basis te dienen voor een geheel nieuwe klasse materialen, die ultrasterk en toch lichtgewicht zijn. De bijzondere materialen kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt voor nano-elektronica, bij zonnecellen, voor de voorbereiding van uitzonderlijk sterk papier, en om de brandstofefficiëntie in auto's en vliegtuigen te verbeteren. Grafietoxide kan worden omgezet in grafeen door middel van matige verwarming en zelfs door een flits van een gewone camera. Een alternatieve methode is de chemische behandeling van in oplossing gedispergeerd grafietoxide. Om de omzetting van grafietoxide naar grafeen efficiënter te maken, moeten onderzoekers gedetailleerde informatie hebben over de structuur van grafietoxide, inclusief de structuur in oplossing onder verschillende omstandigheden.

"We hebben een reeks nieuwe fenomenen gevonden voor grafietoxide onder hoge drukomstandigheden. Dit biedt extra mogelijkheden om nieuwe composiet grafeen-gerelateerde materialen te ontwikkelen met behulp van hogedrukbehandeling en om grafietoxide chemisch te modificeren. Het is duidelijk dat we kunnen grotere moleculen tussen grafietoxidelagen invoegen vanwege de uitzetting van het rooster bij hoge druk. Ook, wanneer lagen grafietoxide worden gescheiden door verschillende lagen oplosmiddel, is de kans groter dat ze gescheiden blijven na reductie, waardoor de vorming van grafiet wordt voorkomen en de synthese van grafeen wordt bevorderd", zegt dr. Alexandr Talyzin.

Vorig jaar heeft een internationaal team van wetenschappers uit Zweden, Hongarije, Duitsland en Frankrijk meldden een ongebruikelijke eigenschap van grafietoxide:de structuur zette uit onder hoge druk als gevolg van het inbrengen van vloeibaar water. De nieuwe studie geleid door wetenschappers van de Universiteit van Umeľ en uitgevoerd op de Zwitsers-Noorse bundellijn (ESRF, Grenoble) meldt dat niet alleen water, maar ook alcoholoplosmiddelen (methanol en ethanol) onder hoge druk tussen geoxideerde grafeenlagen kunnen worden ingebracht.

"Echter, het gebeurt op een heel andere manier dan wanneer water onder hoge druk wordt ingebracht. Alcohol wordt in een enkele stap als een volledige laag in de structuur ingebracht bij een bepaalde druk, terwijl het inbrengen van water geleidelijk plaatsvindt, zonder duidelijke stappen", zegt dr. Alexandr Talyzin. Experimenten met methanol en watermengsels hebben aangetoond dat water tussen de lagen grafietoxide in vloeibare toestand is en vloeibaar blijft, zelfs wanneer bulkwater stolt rond korrels van het materiaal.

"De extra hoeveelheid water en methanol komt ook vrij uit de structuur als de druk afneemt, wat resulteert in een uniek structureel "ademend" effect. Het is ook opmerkelijk dat voor ethanol de geëxpandeerde structuur onder hoge druk werd waargenomen, zelfs na volledige drukverlaging", zegt dr. Alexandr Talyzin.

De experimenten werden uitgevoerd met behulp van diamanten aambeeldcellen, die het mogelijk maken om minuscule monsters tot zeer hoge drukken te persen en om fasetransformaties te bestuderen met behulp van röntgendiffractie door diamanten. De nieuwe resultaten zijn gepubliceerd in J. Am. Chem. Soc door Alexandr V. Talyzin, Bertil Sundqvist, (Zweden), Tamás Szabo, Imre Dekany (Hongarije) en Vladimir Dmitriev (Frankrijk).