Wetenschappers van Rice University hebben van hout een elektrische geleider gemaakt door het oppervlak ervan in grafeen te veranderen.

Rijstchemicus James Tour en zijn collega's gebruikten een laser om een ​​dun filmpatroon op een blok dennenhout zwart te maken. Het patroon is laser-geïnduceerd grafeen (LIG), een vorm van het atoomdunne koolstofmateriaal dat in 2014 bij Rice werd ontdekt.

"Het is een vereniging van het archaïsche met het nieuwste nanomateriaal in een enkele composietstructuur, ' zei Tour.

De ontdekking wordt deze maand gedetailleerd in Geavanceerde materialen .

Eerdere herhalingen van LIG werden gemaakt door het oppervlak van een vel polyimide te verwarmen, een goedkope kunststof, met een laser. In plaats van een vlakke plaat van zeshoekige koolstofatomen, LIG is een schuim van grafeenvellen met één rand bevestigd aan het onderliggende oppervlak en chemisch actieve randen blootgesteld aan de lucht.

Niet zomaar een polyimide zou LIG produceren, en sommige houtsoorten hebben de voorkeur boven andere, zei toer. Het onderzoeksteam onder leiding van Rice afgestudeerde studenten Ruquan Ye en Yieu Chyan probeerde berken en eiken, maar ontdekte dat de verknoopte lignocellulosestructuur van dennen het beter maakte voor de productie van grafeen van hoge kwaliteit dan hout met een lager ligninegehalte. Lignine is het complexe organische polymeer dat stijve celwanden vormt in hout.

Je zei dat het veranderen van hout in grafeen nieuwe wegen opent voor de synthese van LIG uit niet-polyimidematerialen. "Voor sommige toepassingen zoals driedimensionaal grafeen printen, polyimide is misschien geen ideaal substraat, "zei hij. "Bovendien, hout is overvloedig en hernieuwbaar."

Net als bij polyimide, het proces vindt plaats met een standaard industriële laser bij kamertemperatuur en druk en in een inerte argon- of waterstofatmosfeer. Zonder zuurstof, warmte van de laser verbrandt de den niet, maar transformeert het oppervlak in gerimpelde vlokken grafeenschuim gebonden aan het houtoppervlak. Het veranderen van het laservermogen veranderde ook de chemische samenstelling en thermische stabiliteit van de resulterende LIG. Bij 70 procent vermogen, de laser produceerde de hoogste kwaliteit van wat ze "P-LIG, " waar de P staat voor "grenen."

Het lab ging nog een stap verder door P-LIG om te zetten in elektroden voor het splitsen van water in waterstof en zuurstof en supercondensatoren voor energieopslag. Voor de voormalige ze deponeerden lagen kobalt en fosfor of nikkel en ijzer op P-LIG om een ​​paar elektrokatalysatoren te maken met grote oppervlakten die duurzaam en effectief bleken te zijn.

Het deponeren van polyaniline op P-LIG veranderde het in een energie-opslaande supercondensator met bruikbare prestatiestatistieken, zei toer.

"Er zijn meer toepassingen om te verkennen, "Je zei. "Bijvoorbeeld, we zouden P-LIG kunnen gebruiken bij de integratie van zonne-energie voor fotosynthese. We geloven dat deze ontdekking wetenschappers zal inspireren om na te denken over hoe we de natuurlijke hulpbronnen die ons omringen kunnen omzetten in beter functionerende materialen."

Tour zag een directer milieuvoordeel van biologisch afbreekbare elektronica.

"Grafeen is een dunne laag van een natuurlijk voorkomend mineraal, grafiet, dus we zouden het terugsturen naar de grond waar het vandaan kwam met het houten platform in plaats van naar een stortplaats vol elektronica-onderdelen."