Monolaag grafeen vindt praktische toepassingen op veel gebieden, dankzij de gewenste intrinsieke eigenschappen. Echter, deze eigenschappen kunnen ook de mogelijkheden ervan beperken. De toevoeging van vreemde atomen kan helpen, maar vereist nauwkeurige controle. Nutsvoorzieningen, onderzoekers uit Zuid-Korea bedachten een eenvoudige methode om fijne controle te krijgen over de integratie van vreemde atomen met grafeen, het ontwikkelen van samengestelde, op grafeen gebaseerde heterostructuren die kunnen worden gebruikt om energie tegen lage kosten op te slaan en ultradunne te fabriceren, draagbare elektronica.

Er zijn maar weinig materialen die zo in de schijnwerpers staan ​​als grafeen. Sinds zijn ontdekking, grafeen is de go-to geworden voor bijna elke technologie die er is, dankzij zijn uitzonderlijke eigenschappen zoals een groot oppervlak, chemische stabiliteit, en hoge mechanische sterkte en elasticiteit. Echter, ondanks de schijnbaar onbeperkte toepassingen, het potentieel van grafeen blijft onderbenut vanwege verschillende factoren, met name de dikte van één atoom, chemische inertie, en het ontbreken van een energiekloof.

Een manier om deze beperkingen te overwinnen is door grafeen te integreren met andere materialen, zoals metalen, isolatoren, en halfgeleiders, om composietstructuren met gewenste eigenschappen te vormen. Bijvoorbeeld, onderzoekers voegen metaaloxiden toe aan grafeen om grafeenmonolaag/metaaloxide-nanostructuren (GML/MONS's) te creëren die verbeterde fysische en chemische eigenschappen hebben. Echter, het afzetten van uniforme lagen metaaloxiden over grafeen zonder de kenmerken van de grafeenlaag te verstoren, is een enorme uitdaging.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Nano-energie , een team van materiaalwetenschappers uit Zuid-Korea heeft nu GML/MONS's ontwikkeld met behulp van een lage-temperatuurtechniek die bekend staat als elektrochemische depositie, waarin ze metaaloxide-nanostructuren uitsluitend groeiden op de oorspronkelijke defectlocaties van grafeen. Ze bereikten dit door een grafeenlaag van één atoom dik onder te dompelen in een metaaloxide-precursoroplossing. Door de depositietijd aan te passen, de wetenschappers waren in staat om het metaaloxide precies op de grafeenmonolaag af te zetten, het creëren van composietstructuren met unieke eigenschappen in het proces. "Metaaloxide geïntegreerde grafeenmonolagen met lagere dichtheden (≤30 g/cm ² ) minder gebreken bezitten, overwegende dat die met hogere dichtheden synergetische kenmerken hebben, " legt professor Sungwon Lee van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST) uit, Zuid-Korea, die deel uitmaakte van het onderzoeksteam.

Door de dikte en dichtheid van het metaaloxide te regelen, de wetenschappers ontwikkelden kobaltoxide met hoge energiedichtheid (Co ₃ O ₄ )/GML-gebaseerde micro-supercondensatoren die als stroombron kunnen worden gebruikt, en ultradunne zinkoxide (ZnO)/GML-gebaseerde fotoweerstanden die uitstekende flexibiliteit en draagbaarheid bezaten.

De wetenschappers zijn enthousiast over de toekomstperspectieven van hun nieuwe methodologie. "Deze nieuwe klasse van heterostructuren zou kunnen worden gebruikt voor de fabricage van niet-toxische en goedkope energieconversie- en opslagapparaten, evenals voor de ontwikkeling van ultradunne, lichtgewicht, en op de huid monteerbare apparaten die kunnen worden geïntegreerd met realtime gezondheidsbewakingssystemen, " merkt prof. Lee op.

De bevindingen van het team effenen de weg voor de ontwikkeling van biocompatibele, duurzaam, milieuvriendelijk, en ultralichte materialen op grafeenbasis.