Onderzoekers hebben een inkt gemaakt van grafeen nanosheets, en toonde aan dat de inkt kan worden gebruikt om 3D-structuren te printen. Aangezien de op grafeen gebaseerde inkt op een goedkope en milieuvriendelijke manier in massa kan worden geproduceerd, de nieuwe methoden effenen de weg naar de ontwikkeling van een breed scala aan afdrukbare energieopslagapparaten.

De onderzoekers, geleid door Jingyu Sun en Zhongfan Liu aan de Soochow University en het Beijing Graphene Institute, en Ya-yun Li aan de Universiteit van Shenzhen, hebben een paper over hun werk gepubliceerd in een recent nummer van ACS Nano .

"Ons werk realiseert de schaalbare en groene synthese van met stikstof gedoteerde grafeen nanosheets op een zoutsjabloon door directe chemische dampafzetting, "Zon vertelde" Phys.org . "Hierdoor kunnen we de aldus verkregen inkten verder onderzoeken op het gebied van afdrukbare energieopslag."

Zoals de wetenschappers uitleggen, een belangrijk doel in grafeenonderzoek is de massaproductie van grafeen met hoge kwaliteit en tegen lage kosten. Toepassingen voor energieopslag vereisen doorgaans grafeen in poedervorm, maar tot dusver hebben productiemethoden geleid tot poeders met een groot aantal structurele defecten en chemische onzuiverheden, evenals ongelijkmatige laagdikte. Dit maakt het moeilijk om grafeeninkten van hoge kwaliteit te maken.

In de nieuwe krant de onderzoekers hebben een nieuwe methode gedemonstreerd voor het maken van grafeeninkten die deze uitdagingen overwint. De methode omvat het kweken van met stikstof gedoteerde grafeen nanosheets over NaCl-kristallen met behulp van directe chemische dampafzetting, waardoor moleculaire fragmenten van stikstof en koolstof diffunderen op het oppervlak van de NaCl-kristallen. De onderzoekers kozen voor NaCl vanwege de natuurlijke overvloed en lage kosten, evenals de oplosbaarheid in water. Om het NaCl te verwijderen, de gecoate kristallen zijn ondergedompeld in water, waardoor het NaCl oplost en pure stikstof-gedoteerde grafeenkooien achterlaat. In de laatste stap, het behandelen van de kooien met ultrageluid transformeert de kooien in 2D nanosheets, elk ongeveer 5-7 grafietlagen dik.

De resulterende met stikstof gedoteerde grafeen nanosheets hebben relatief weinig defecten en een ideale grootte (ongeveer 5 micrometer in zijlengte) om te printen, omdat grotere vlokken het mondstuk kunnen verstoppen. Om de effectiviteit van de nanosheets aan te tonen, de onderzoekers printten een breed scala aan 3D-structuren met behulp van inkten op basis van de grafeenvellen. Onder hun demonstraties, de onderzoekers gebruikten de inkt als geleidend additief voor een elektrodemateriaal (vanadiumnitride) en gebruikten de composietinkt om flexibele elektroden te printen voor supercondensatoren met een hoge vermogensdichtheid en goede cyclische stabiliteit.

Bij een tweede demonstratie de onderzoekers creëerden een composietinkt gemaakt van de grafeenvellen samen met bindmateriaal (polypropyleen) voor het printen van tussenlagen voor Li−S-batterijen. Vergeleken met batterijen met separatoren die alleen van het conventionele materiaal zijn gemaakt, die gemaakt met het composietmateriaal vertoonden verbeterde geleidbaarheid, wat leidt tot een algehele verbetering van de batterijprestaties.

"In de toekomst, we zijn van plan om de directe chemische dampafzettingstechniek te gebruiken voor de massaproductie van hoogwaardige grafeenpoeders voor opkomende afdrukbare toepassingen voor energieopslag, ' zei Zon.

© 2019 Wetenschap X Netwerk