Een stuk geleidend grafeenschuim versterkt met koolstofnanobuisjes kan meer dan 3, 000 keer zijn eigen gewicht en gemakkelijk terugveren naar zijn oorspronkelijke hoogte, volgens wetenschappers van Rice University.

Beter nog, het kan in vrijwel elke vorm en maat worden gemaakt, zij meldden, het demonstreren van een schroefvormig stuk van het sterk geleidende schuim.

Het Rice-lab van scheikundige James Tour testte zijn nieuwe "wapening grafeen" als een zeer poreus, geleidende elektrode in lithium-ioncondensatoren en vond deze mechanisch en chemisch stabiel.

Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift American Chemical Society ACS toegepaste materialen en interfaces .

Koolstof in de vorm van atoomdun grafeen behoort tot de sterkste materialen die bekend zijn en is zeer geleidend; meerwandige koolstofnanobuizen worden veel gebruikt als geleidende versterkingen in metalen, polymeren en koolstofmatrixcomposieten. Het Tour-lab had al nanobuisjes gebruikt om tweedimensionale platen grafeen te versterken. Het concept uitbreiden naar materialen op macroschaal was logisch, zei toer.

"We ontwikkelden grafeenschuim, maar het was niet sterk genoeg voor het soort toepassingen dat we in gedachten hadden, dus het gebruik van koolstofnanobuisjes om het te versterken was een natuurlijke volgende stap, ' zei Tour.

De driedimensionale structuren zijn gemaakt van een poedervormige nikkelkatalysator, meerwandige nanobuisjes omhuld met surfactant en suiker als koolstofbron. De materialen werden gemengd en het water werd verdampt; de resulterende pellets werden in een stalen matrijs geperst en vervolgens verwarmd in een oven voor chemische dampafzetting, die de beschikbare koolstof in grafeen veranderde. Na verdere verwerking om resten van nikkel te verwijderen, het resultaat was een volledig koolstofschuim in de vorm van de matrijs, in dit geval een schroef. Tour zei dat de methode eenvoudig op te schalen is.

Elektronenmicroscoopbeelden van het schuim toonden aan dat gedeeltelijk opengeritst buitenste lagen van de nanobuisjes zich aan het grafeen hadden gehecht, wat verantwoordelijk was voor zijn kracht en veerkracht. Grafeenschuim geproduceerd zonder de wapening kan slechts ongeveer 150 keer zijn eigen gewicht dragen, terwijl het de mogelijkheid behoudt om snel terug te keren naar zijn volledige hoogte. Maar wapening grafeen onomkeerbaar vervormd met ongeveer 25 procent wanneer geladen met meer dan 8, 500 keer zijn gewicht.

Junwei Sha, een bezoekende afgestudeerde student aan Rice en een afgestudeerde student aan de Tianjin University, China, is hoofdauteur van het artikel. Co-auteurs van Rice zijn postdoctoraal onderzoekers Rodrigo Salvatierra, Pei Dong en Yongsung Ji; afgestudeerde studenten Yilun Li, Tuo Wang, Chenhao Zhang en Jibo Zhang; voormalig postdoctoraal onderzoeker Seoung-Ki Lee; Pulickel Ajayan, voorzitter van de vakgroep Materiaalkunde en NanoEngineering, de Benjamin M. en Mary Greenwood Anderson Professor in Engineering en een professor in de chemie; en Jun Lou, een professor in materiaalkunde en nano-engineering. Naiqin Zhao, een professor aan de Tianjin University en een onderzoeker bij het Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering, Tianjin, is tevens co-auteur. Tour is de T.T. en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar informatica en materiaalkunde en nano-engineering bij Rice.