Grafeenplaten zijn enorm sterk, lichtgewicht en uitstekend in het geleiden van elektriciteit. theoretisch, macroscopische driedimensionale grafeenassemblages moeten de eigenschappen van grafeenvlokken op nanoschaal behouden. Echter, recente pogingen om 3D-grafeen te maken hebben geleid tot een zwakke geleidbaarheid door slecht contact tussen grafeenplaten. Krachtverlies is ook een probleem, en zelfdragend 3D-grafeen is nog niet geproduceerd.

Nutsvoorzieningen, Xuebin Wang en Yoshio Bando in het World Premier International Centre for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA) van Japan, samen met collega's in Japan en China, hebben een nieuwe manier gecreëerd om 3D-grafeen te maken met behulp van bellen die in een polymere glucose-oplossing worden geblazen. Het resulterende 3D-grafeen is robuust en behoudt een uitstekende geleidbaarheid.

Geïnspireerd door de oude eetkunst van 'geblazen suiker', Bando en zijn team redeneerden dat de gestutte, coherente aard van samengevoegde bubbels zou zich lenen voor sterkte en geleidbaarheid als grafeen op dezelfde manier zou kunnen worden gestructureerd. De onderzoekers maakten een siroop van gewone suiker en ammoniumchloride. Ze verhitten de siroop, het genereren van een op glucose gebaseerd polymeer genaamd melanoïdine, die vervolgens in bellen werd geblazen met behulp van gassen die vrijkwamen bij het ammonium. Het team ontdekte dat het eindproduct van de beste kwaliteit het resultaat was van een evenwicht tussen gelijke ammoniumontleding en glucosepolymerisatie tijdens deze fase.

Terwijl de bubbels groeiden, de resterende siroop liep uit de bellenwanden, verlaten binnen kruispunten van drie bellen. Onder verdere verwarming, deoxidatie en dehydrogenering, de melanoïdine werd geleidelijk gegrafitiseerd om 'strutted grafeen' te vormen:een coherente 3D-structuur bestaande uit grafeenmembranen verbonden door grafeenstrut-frames, die het resultaat waren van respectievelijk originele bellenwanden en intersectionele skeletten.

De bellenstructuur maakt vrije beweging van elektronen door het netwerk mogelijk, wat betekent dat het grafeen volledig geleidend blijft. Niet alleen dit, maar de mechanische sterkte en elasticiteit van het 3D-grafeen is buitengewoon robuust - het team kon het tot 80% van zijn oorspronkelijke grootte comprimeren met weinig verlies van geleidende eigenschappen of stabiliteit.

Na hun ontdekking, Bando en zijn team produceerden op betrouwbare wijze 3D-grafeen op gramniveau met een kostprijs van $ 0,5 per gram in hun laboratorium. De goedkope, hoge schaalbaarheid van deze nieuwe methode zou veel toepassingen kunnen hebben in engineering en elektronica. Selectief werd het overvloedige product toegepast als een zeer effectieve supercondensator; de maximale vermogensdichtheid is het hoogst onder op 3D-grafeen gebaseerde waterige supercondensatoren, ca. 10^6 W/kg. Dit verlicht een geweldige toekomst voor het snel opstarten van elektrische voertuigen en het lanceren van vliegtuigen.