(Phys.org)—Voor de eerste keer, wetenschappers hebben transparantie geïntegreerd in vrijstaande, flexibel grafeenpapier (FFT-GP), en toonde aan dat het nieuwe materiaal de prestaties van supercondensatoren aanzienlijk kan verbeteren.

"Voor het eerst werd vrijstaand flexibel en transparant grafeenpapier gesynthetiseerd, en de capaciteit was bijna 1000-voudig verbeterd in vergelijking met die van de gelamineerde of gerimpelde chemische dampafzetting op grafeenfilm gebaseerde supercondensatoren, "Chengxin Wang, Professor aan de Sun Yat-sen (Zhongshan) Universiteit in Guangzhou, China, vertelde Phys.org . "De capaciteit voor de supercondensatoren op basis van FFT-GP is ook minstens tien keer groter dan eerder gerapporteerde waarden voor transparante en flexibele supercondensatoren op basis van pure koolstofmaterialen. sommige op koolstof gebaseerde niet-transparante supercondensatoren presteren nog steeds beter dan de op FFT-GP gebaseerde transparante supercondensator."

Wang en zijn co-auteurs hebben een artikel over het nieuwe materiaal gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters .

De verbeterde prestaties komen voor een groot deel voort uit de prisma-achtige grafeen-bouwstenen waarvan de FFT-GP is gemaakt. De holle structuren van het prisma-achtige grafeen die het materiaal zijn transparantie geven, bieden ook extra ruimte voor het optreden van chemische reacties in vergelijking met andere materialen. In aanvulling, de uitgelijnde en onderling verbonden prisma-achtige structuren zorgen voor een wijd open snelweg voor ionen en elektronen om mee te reizen, en het goede ladingstransport leidt tot een algehele betere prestatie.

Om het nieuwe materiaal te maken, moesten de onderzoekers het grootste obstakel overwinnen voor de synthese van dunne, transparante grafeenbladen, dat wil zeggen dat de platen gemakkelijk breken wanneer ze uit hun sjabloon worden verwijderd. Hier, de onderzoekers gebruikten NaCl-poeder - in wezen fijngemalen tafelzout - als sjabloon voor FFT-GP-groei. Met behulp van een methode genaamd microgolf plasma-versterkte chemische dampafzetting, de onderzoekers creëerden een "plasma-atmosfeer" van NaCl, koolstof, en waterstof. Aan het einde van dit proces, men laat het NaCl herkristalliseren op een siliciumsubstraat. Deze NaCl-kristallen dienen als sjablonen waarop grafeenfragmenten worden gevormd en uitgroeien tot prisma-achtig grafeen, die met een scheermesje van de ondergrond kan worden afgepeld.

Hoewel de hier gemaakte FFT-GP enigszins rimpelig is en een lichtbruine kleur heeft, de onderzoekers toonden aan dat het nog steeds meer dan 1 kan weerstaan, 000 buig- en strekcycli met weinig capaciteitsverlies, en toch duidelijk licht doorlaat. De onderzoekers demonstreerden ook een tandemapparaat gemaakt van twee geïntegreerde FFT-GP-gebaseerde supercondensatoren die over een smartphonescherm zijn geplaatst (om transparantie aan te tonen) dat een LED verlicht.

De combinatie van flexibiliteit van het materiaal, transparantie, elektrische geleiding, en groot oppervlak openen de deuren naar veel nieuwe potentiële toepassingen, zoals rekbare en transparante zonnecellen, opgerolde displays, en zelfaangedreven en draagbare opto-elektronica. De holle structuur van het prisma-achtige grafeen zou ook voor andere toepassingen kunnen worden benut, zoals het opslaan van meer lichtabsorberende kleurstof in kleurstofgevoelige zonnecellen. De onderzoekers zijn van plan deze mogelijkheden in de toekomst te verkennen.

"Eerst, we proberen FFT-GP te gebruiken in kleurstofgevoelige zonnecellen, Wang zei. "Vanwege zijn holle en poreuze prisma-achtige grafeen bouwstenen met een groot efficiënt oppervlak, grotere hoeveelheden lichtabsorberende kleurstof kunnen worden opgeslagen dan in andere grafeenmaterialen. Misschien is dit ontwerp een betere oplossing om de kleurstofadsorptie te verbeteren en het vermogen om licht op te vangen en te verstrooien in vergelijking met andere grafeenmaterialen. Tweede, Op FFT-GP gebaseerde composieten met hoge theoretische capaciteit zullen worden gesynthetiseerd om de energiedichtheid van op FFT-GP gebaseerde transparante supercondensatoren te verbeteren. Derde, FFT-GP kan worden toegepast als anodes voor lithium-ionbatterijen, en dan kan er een transparante volledig solid-state lithium-ionbatterij worden ontwikkeld."

© 2015 Fys.org