Als iemand een vel papier verfrommelt, dat betekent meestal dat het op het punt staat te worden weggegooid. Maar onderzoekers hebben nu ontdekt dat het verfrommelen van een stuk grafeen "papier" - een materiaal gevormd door lagen van de tweedimensionale vorm van koolstof aan elkaar te hechten - in feite nieuwe eigenschappen kan opleveren die nuttig kunnen zijn voor het creëren van extreem rekbare supercondensatoren om energie op te slaan voor flexibele elektronische apparaten.

De bevinding wordt gerapporteerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten door MIT's Xuanhe Zhao, een assistent-professor werktuigbouwkunde en civiele en milieutechniek, en vier andere auteurs. De nieuwe, flexibele supergeleiders moeten gemakkelijk en goedkoop te fabriceren zijn, zegt het team.

"Veel mensen onderzoeken grafeenpapier:het is een goede kandidaat voor het maken van supercondensatoren, vanwege het grote oppervlak per massa, " zegt Zhao. Nu, hij zegt, de ontwikkeling van flexibele elektronische apparaten, zoals draagbare of implanteerbare biomedische sensoren of bewakingsapparatuur, zullen flexibele energieopslagsystemen nodig hebben.

Zoals batterijen, supercondensatoren kunnen elektrische energie opslaan, maar dat doen ze voornamelijk elektrostatisch, in plaats van chemisch, wat betekent dat ze hun energie sneller kunnen leveren dan batterijen. Nu hebben Zhao en zijn team aangetoond dat door een vel grafeenpapier te verfrommelen tot een chaotische massa vouwen, ze kunnen een supercondensator maken die gemakkelijk kan worden gebogen, gevouwen, of uitgerekt tot wel 800 procent van de oorspronkelijke grootte. Het team heeft een eenvoudige supercondensator gemaakt met deze methode als proof of principle.

Het materiaal kan tot 1 verfrommeld en platgedrukt worden. 000 keer, het team heeft aangetoond, zonder noemenswaardig prestatieverlies. "Het grafeenpapier is behoorlijk robuust, "Zhao zegt, "en we kunnen zeer grote vervormingen bereiken over meerdere cycli." grafeen, een structuur van pure koolstof van slechts één atoom dik met zijn koolstofatomen gerangschikt in een zeshoekige reeks, is een van de sterkste materialen die we kennen.

Om het verfrommelde grafeenpapier te maken, een vel van het materiaal werd in een mechanisch apparaat geplaatst dat het eerst in één richting samendrukte, het creëren van een reeks parallelle vouwen of plooien, en dan in de andere richting, leidt tot een chaotische, gekreukt oppervlak. Wanneer uitgerekt, de vouwen van het materiaal strijken zichzelf gewoon glad.

Het vormen van een condensator vereist twee geleidende lagen - in dit geval twee vellen verfrommeld grafeenpapier - met een isolerende laag ertussen, die in deze demonstratie was gemaakt van een hydrogel-materiaal. Zoals het verfrommelde grafeen, de hydrogel is zeer vervormbaar en rekbaar, zodat de drie lagen in contact blijven, zelfs als ze worden gebogen en getrokken.

Hoewel deze eerste demonstratie specifiek was om een ​​supercondensator te maken, dezelfde verfrommelingstechniek kan worden toegepast op andere toepassingen, Zegt Zhao. Bijvoorbeeld, het verfrommelde grafeenmateriaal kan worden gebruikt als één elektrode in een flexibele batterij, of kan worden gebruikt om een ​​rekbare sensor te maken voor specifieke chemische of biologische moleculen.

"Dit werk is echt spannend en geweldig voor mij, " zegt Dan Li, een professor in materiaalkunde aan de Monash University in Australië die niet betrokken was bij dit onderzoek. Hij zegt dat het team "een uiterst eenvoudig maar zeer effectief concept biedt om rekbare elektroden voor supercondensatoren te maken door gecontroleerde verkreukeling van meerlagige grafeenfilms." Terwijl andere groepen flexibele supercondensatoren hebben gemaakt, hij zegt, "Het rekbaar maken van supercondensatoren was een grote uitdaging. Dit papier biedt een zeer slimme manier om deze uitdaging aan te gaan, waarvan ik denk dat het draagbare apparaten voor energieopslag dichterbij zal brengen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.