Een onderzoeksgroep van het NIMS International Centre for Materials Nanoarchitectonics (MANA) is er voor het eerst ter wereld in geslaagd om producten te maken met een structuur waarin ultradun grafeen op een 3D strutted framework is gelijmd. Dit werd bereikt door een nieuwe en unieke methode geïnspireerd op de kunst van de geblazen suiker, die de "chemische blaasmethode" kan worden genoemd.

Een onderzoeksgroep van het International Centre for Materials Nanoarchitectonics (MANA) van het National Institute for Materials Science (NIMS), onder leiding van Dr. Yoshio Bando (NIMS Fellow), Dr. Xuebin Wang (NIMS postdoctoraal onderzoeker), en Dr. Golberg Dmitri (directeur van de eenheid), is er voor het eerst ter wereld in geslaagd om producten te maken met een structuur waarin ultradun grafeen (monolaag of weiniglaags) op een 3D strutted framework is gelijmd. Dit is bereikt door een nieuwe en unieke methode geïnspireerd op de kunst van de geblazen suiker, die de "chemische blaasmethode" kan worden genoemd.

Grafeen is een ultradun materiaal. Het is een vorm van koolstof maar heeft unieke eigenschappen die niet te vinden zijn in andere koolstofmaterialen zoals grafiet, diamant en koolstof nanobuis. De wetenschappers die dit materiaal ontdekten, kregen in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde. Hoewel de toepassing ervan naar verwachting zal bloeien, het is nog steeds moeilijk om een ​​betrouwbare 3D-grafeenstructuur te maken, die nodig is om de zwakke verbinding tussen de platen te overwinnen, laag oppervlak en onvoldoende mechanische sterkte van normale grafeenproducten. Veel onderzoekers hebben geprobeerd 3D-grafeen te maken, maar slaagden er niet in om dit te bereiken zonder de eigenschappen ervan te verslechteren.

De onderzoeksgroep slaagde er voor het eerst ter wereld in om 3D-grafeenproducten te maken, door het toepassen van een innovatieve, nooit eerder gepubliceerde methode geïnspireerd door de geblazen suikerkunst, die ze de "chemische blaasmethode" noemen of de unieke naam "suikerblaasmethode". Bij deze methode, glucose en ammoniumzout worden gemengd en verwarmd tot ongeveer 250°C, waardoor glucose-afleidende polymeren kunnen worden verkregen. De vrijkomende ammoniakgassen "blazen" polymeren door druk van binnenuit te creëren, het genereren van een aantal kleine polymeerbellen van tientallen microns. gelijktijdig, een raamwerk voor het stabiliseren van de structuur wordt gevormd en een product met een gestutte 3D-structuur wordt gemaakt. Daarna, dit product wordt verder verwarmd op 1, 350°C om de polymeerwanden in grafeen te veranderen. Het uiteindelijke 3D-grafeenproduct heeft een structuur waarin grafeen is gelijmd op een structureel stabiel raamwerk gemaakt van dunne stutten, speciaal genoemd als "strutted grafeen". Deze "chemische blaasmethode" is een innovatieve methode om snel grafeenproducten met een 3D-structuur te maken, gemakkelijk en tegen lage kosten.

Elektrochemische condensatoren met elektroden gemaakt van de strutted 3D-grafeenproducten die in dit onderzoek zijn ontwikkeld, kunnen een hoge specifieke vermogensdichtheid bereiken. De nieuwe producten zullen naar verwachting op grote schaal worden gebruikt als hoogwaardige condensatormaterialen in apparaten voor het snel opladen en ontladen van draagbare elektronica en elektrische voertuigen en het elektromagnetisch lanceren van vliegtuigen. De "chemische blaasmethode" zal ook algemeen beschikbaar zijn als een nieuwe methode om ultradunne membranen meer dan grafenen te maken.

De onderzoeksresultaten werden gepubliceerd als een prestatie van het World Premier International Centre for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), in de online versie van een Brits wetenschappelijk tijdschrift, Natuurcommunicatie , op 16 dec. 2013.