Wetenschap
Er is een nieuwe manier ontdekt om grafeen te maken, waardoor het wondermateriaal van de 21e eeuw gemakkelijker op industriële schaal kan worden ontwikkeld. grafeen, die supersterkte heeft en het vermogen om warmte en elektriciteit beter te geleiden dan enig ander bekend materiaal, heeft potentiële industriële toepassingen, waaronder flexibele elektronische displays, computer met hoge snelheid, sterkere windturbinebladen, en efficiëntere zonnecellen, onder andere toepassingen die nu in ontwikkeling zijn. Deze afbeelding toont een model van de intercalatie van Brønsted-zuurmoleculen tussen enkel-atomaire lagen grafeen Credit:Mallouk Lab, Penn State University
Er is een nieuwe manier ontdekt om grafeen te maken, waardoor het wondermateriaal van de 21e eeuw gemakkelijker op industriële schaal kan worden ontwikkeld. Grafeen - een strak gebonden enkele laag koolstofatomen met supersterkte en het vermogen om warmte en elektriciteit beter te geleiden dan enig ander bekend materiaal - heeft potentiële industriële toepassingen, waaronder flexibele elektronische displays, computer met hoge snelheid, sterkere windturbinebladen, en efficiëntere zonnecellen, om er maar een paar te noemen die in ontwikkeling zijn.
In het decennium sinds Nobelprijswinnaars Konstantin Novoselov en Andre Geim de opmerkelijke elektronische en mechanische eigenschappen van grafeen bewezen, onderzoekers hebben hard gewerkt om methoden te ontwikkelen om ongerepte monsters van het materiaal te produceren op een schaal met industrieel potentieel. Nutsvoorzieningen, een team van Penn State-wetenschappers heeft een route ontdekt om enkellaags grafeen te maken die al meer dan 150 jaar over het hoofd wordt gezien.
"Er zijn veel gelaagde materialen vergelijkbaar met grafeen met interessante eigenschappen, maar tot nu toe wisten we niet hoe we de vaste stoffen chemisch uit elkaar moesten trekken om losse vellen te maken zonder de lagen te beschadigen, " zei Thomas E. Mallouk, Evan Pugh hoogleraar scheikunde, Natuurkunde, en biochemie en moleculaire biologie aan Penn State. In een paper voor het eerst online gepubliceerd op 9 september in het tijdschrift Natuurchemie , Mallouk en collega's van Penn State en het onderzoekscentrum voor exotische nanokoolstoffen aan de Shinshu University, Japan, een methode beschrijven die intercalatie wordt genoemd, waarbij gastmoleculen of ionen tussen de koolstoflagen van grafiet worden ingebracht om de losse vellen uit elkaar te trekken.
De intercalatie van grafiet werd bereikt in 1841, maar altijd met een sterk oxidatie- of reductiemiddel dat de gewenste eigenschappen van het materiaal aantast. Een van de meest gebruikte methoden voor het intercaleren van grafiet door oxidatie werd in 1999 ontwikkeld door Nina Kovtyukhova, een onderzoeksmedewerker in het lab van Mallouk.
Tijdens het bestuderen van andere gelaagde materialen, Mallouk vroeg Kovtyukhova om haar methode te gebruiken, die een sterk oxidatiemiddel en een mengsel van zuren vereist, om enkele lagen vast boornitride te openen, een verbinding met een structuur die lijkt op grafiet. Tot hun verbazing, ze was in staat om alle lagen te openen. In daaropvolgende controle-experimenten, Kovtyukhova probeerde verschillende middelen weg te laten en ontdekte dat het oxidatiemiddel niet nodig was om de reactie te laten plaatsvinden.
Mallouk vroeg haar om een soortgelijk experiment te proberen zonder het oxidatiemiddel op grafiet, maar op de hoogte van de uitgebreide literatuur die zegt dat het oxidatiemiddel nodig was, Kovtyukhova verzette zich.
"Ik bleef haar vragen het te proberen en ze bleef nee zeggen, " zei Mallouk. "Eindelijk, we hebben een weddenschap gesloten, en om het interessant te maken gaf ik haar kansen. Als de reactie niet werkte, zou ik haar $ 100 schuldig zijn, en als dat zo was, zou ze me $ 10 schuldig zijn. Ik heb het biljet van tien dollar aan mijn muur met een mooie post-it van Nina die mijn chemische intuïtie complimenteert."
Mallouk gelooft dat de resultaten van dit nieuwe begrip van intercalatie in boornitride en grafeen van toepassing kunnen zijn op vele andere gelaagde materialen die van belang zijn voor onderzoekers in het Penn State Center for Two-Dimensional and Layered Materials die onderzoek doen naar wat wordt aangeduid als "Materials Beyond Graphene". ." De volgende stap voor Mallouk en collega's zal zijn om erachter te komen hoe de reactie kan worden versneld om de productie op te schalen.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com