• Nieuwe ultradunne, Grafeenvellen met patronen zullen essentieel zijn bij het ontwerpen van toekomstige technologieën zoals 'smart wallpaper' en internet-of-things-toepassingen
• Advanced Technology Institute gebruikt op mot geïnspireerde ultradunne grafeenvellen om licht op te vangen voor gebruik bij energieproductie en om slimme sensoren van stroom te voorzien
• Grafeen is van oudsher een uitstekend elektronisch materiaal, maar is inefficiënt voor optische toepassingen, absorbeert slechts 2,3% van het licht dat erop valt. Een nieuwe techniek verbetert de lichtabsorptie met 90%.

Nieuw onderzoek vandaag gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang heeft laten zien hoe grafeen kan worden gemanipuleerd om het meest lichtabsorberende materiaal te maken voor zijn gewicht, daten. Dit nanometer dunne materiaal zal toekomstige toepassingen mogelijk maken, zoals 'slim behang' dat elektriciteit kan opwekken uit afvallicht of warmte, en voeden een groot aantal toepassingen binnen het groeiende 'internet of things'.

Met behulp van een techniek die bekend staat als nanotexturing, waarbij grafeen rond een gestructureerd metalen oppervlak groeit, onderzoekers van het Advanced Technology Institute van de University of Surrey lieten zich inspireren door de natuur om ultradunne grafeenvellen te maken die zijn ontworpen om licht effectiever op te vangen. Slechts één atoom dik, grafeen is erg sterk, maar traditioneel inefficiënt bij lichtabsorptie. Om dit tegen te gaan, het team gebruikte het nanopatroon om licht te lokaliseren in de nauwe ruimtes tussen het gestructureerde oppervlak, waardoor de hoeveelheid licht die door het materiaal wordt geabsorbeerd met ongeveer 90% wordt verbeterd.

"De natuur heeft eenvoudige maar krachtige aanpassingen ontwikkeld, waaruit we inspiratie hebben gehaald om de uitdagingen van toekomstige technologieën te beantwoorden, " verklaarde professor Ravi Silva, Hoofd van het Advanced Technology Institute.

"De ogen van motten hebben microscopische patronen waardoor ze in de zwakste omstandigheden kunnen zien. Deze werken door licht naar het midden van het oog te kanaliseren, met als bijkomend voordeel dat reflecties worden geëlimineerd, die roofdieren anders zouden waarschuwen voor hun locatie. We hebben dezelfde techniek gebruikt om een ​​verbazingwekkend dunne, efficiënt, lichtabsorberend materiaal door grafeen op een vergelijkbare manier te modelleren."

Grafeen staat al bekend om zijn opmerkelijke elektrische geleidbaarheid en mechanische sterkte. Het team van professor Ravi begreep dat om het potentieel van grafeen te realiseren als materiaal voor toekomstige toepassingen, het moet ook licht en warmte effectief benutten.

Professor Silva merkte op:"Zonnecellen die met dit materiaal zijn gecoat, zouden in staat zijn om zeer zwak licht te oogsten. Binnen geïnstalleerd, als onderdeel van toekomstige 'smart wallpaper' of 'smart windows', dit materiaal kan elektriciteit opwekken uit afvallicht of warmte, aandrijven van een groot aantal slimme toepassingen. Ook nieuwe soorten sensoren en energieoogstmachines die via het internet der dingen zijn verbonden, zouden baat hebben bij dit type coating."

Dr. José Anguita van de Universiteit van Surrey en hoofdauteur van het artikel merkte op:"Als gevolg van zijn dunheid, grafeen kan slechts een klein percentage van het licht dat erop valt absorberen. Om deze reden, het is niet geschikt voor het soort opto-elektronische technologieën die onze 'slimme' toekomst zal vereisen."

"Nanotexturing grafeen heeft het effect dat het licht naar de nauwe ruimtes tussen nanostructuren wordt geleid, waardoor de hoeveelheid licht die door het materiaal wordt geabsorbeerd, wordt verbeterd. Het is nu mogelijk om sterke lichtabsorptie waar te nemen van zelfs nanometer dunne films. Typisch zou een grafeenvel 2-3% lichtabsorptie hebben. Met behulp van deze methode, onze ultradunne coating van nanogetextureerd grafeen met weinig lagen absorbeert 95% van het invallende licht over een breed spectrum, van de UV naar de infrarood."

Professor Ravi Silva merkte op:"De volgende stap is om dit materiaal op te nemen in een verscheidenheid aan bestaande en opkomende technologieën. We zijn erg enthousiast over het potentieel om dit materiaal te gebruiken in bestaande optische apparaten voor prestatieverbetering, terwijl we op zoek zijn naar nieuwe toepassingen. Via Surrey's EPSRC gefinancierde Graphene Centre, we zijn op zoek naar industriële partners om deze technologie te exploiteren en horen graag van innovatieve bedrijven met wie we de toekomstige toepassingen van deze technologie met ons kunnen verkennen."

Het Surrey-team ontwikkelde deze technologie in samenwerking met BAE Systems voor infraroodbeeldvorming in opto-MEM-apparaten.