Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een uniek eenstapsproces ontwikkeld om driedimensionale (3D) texturering van grafeen en grafiet te bereiken. Met behulp van een in de handel verkrijgbaar thermisch geactiveerd vormgeheugenpolymeersubstraat, deze 3D-textuur, of "verkreukelen, " zorgt voor een groter oppervlak en opent de deuren naar uitgebreide mogelijkheden voor elektronica en biomaterialen.

"Fundamenteel, intrinsieke spanningen op verfrommeld grafeen kunnen modulatie van elektrische en optische eigenschappen van grafeen mogelijk maken, " legde SungWoo Nam uit, een assistent-professor mechanische wetenschappen en techniek in Illinois. "Wij zijn van mening dat de verfrommelde grafeenoppervlakken kunnen worden gebruikt als elektroden met een groter oppervlak voor batterij- en supercondensatortoepassingen. Als coatinglaag, 3D getextureerde/verkreukelde nano-topografieën kunnen omnifobe/antibacteriële oppervlakken mogelijk maken voor geavanceerde coatingtoepassingen."

Grafeen - een enkele atomaire laag van sp2-gebonden koolstofatomen - is de afgelopen jaren een materiaal van intensief onderzoek en interesse geweest. Een combinatie van uitzonderlijke mechanische eigenschappen, hoge dragermobiliteit, warmtegeleiding, en chemische inertie, van grafeen een belangrijk kandidaatmateriaal maken voor de volgende generatie opto-elektronica, elektromechanisch, en biomedische toepassingen.

"In dit onderzoek, we hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het gecontroleerd verkreukelen van grafeen en grafiet via warmte-geïnduceerde contractiele vervorming van het onderliggende substraat, " legde Michael Cai Wang uit, een afgestudeerde student en eerste auteur van het papier, "Heterogeen, Driedimensionale texturering van grafeen, " die in het tijdschrift verscheen Nano-letters . "Terwijl grafeen intrinsiek kleine rimpelingen vertoont in omgevingsomstandigheden, we hebben grote en aanpasbare verfrommelde texturen gemaakt op een op maat gemaakte en schaalbare manier."

"Als een eenvoudiger, meer schaalbaar, en ruimtelijk selectieve methode, deze texturering van grafeen en grafiet maakt gebruik van de thermisch geïnduceerde transformatie van thermoplasten met vormgeheugen, die eerder is toegepast op de fabricage van microfluïdische apparaten, metaalfilmpatroon, nanodraad assemblage, en zelfassemblagetoepassingen voor robots, " voegde Nam toe, wiens groep een patent heeft aangevraagd voor hun nieuwe strategie. "De thermoplastische aard van het polymere substraat zorgt er ook voor dat de verkreukelde grafeenmorfologie willekeurig opnieuw wordt afgeplat bij dezelfde verhoogde temperatuur voor het verfrommelingsproces."

"Vanwege de extreem lage kosten en het verwerkingsgemak van onze aanpak, we geloven dat dit een nieuwe manier zal zijn om topografieën op nanoschaal te maken voor grafeen en vele andere 2D- en dunnefilmmaterialen."

De onderzoekers onderzoeken ook de getextureerde grafeenoppervlakken voor 3D-sensortoepassingen.

"Een groter oppervlak zal nog gevoeligere en intiemere interacties met biologische systemen mogelijk maken, wat leidt tot hooggevoelige apparaten, ' zei Nam.