3D-графен

08.02.2014

Сюебин Ван (Xuebin Wang) и Йошио Бандо (Yoshio Bando) из Японского Международного центра наноархитектоники материалов (WPI-MANA) совместно с коллегами из Японии и Китая создали новый метод получения 3D-графена с использованием пузырьков, надуваемых в растворе полимера глюкозы. Полученный 3D-графен обладает устойчивостью и отличной проводимостью.

Пластинки графена - очень прочные, легкие и имею отличную проводимость. Теоретически макроскопические объемные графеновые сборки должны сохранять свойства наноразмерных графеновых чешуек. Однако в недавних попытках создания 3D-графена была получена слабая проводимость, вызванная плохим контактом между пластинками графена. Также проблемой была потеря прочности, а самоподдерживаемый 3D-графен все еще не был создан.

Вдохновленный древним кулинарным искусством "надутого сахара", Бандо и его команда доказали, что сжатая, когерентная природа соединившихся пузырьков окажет влияние на прочность и проводимость, если графен можно будет структурировать таким же способом. Ученые создали сироп из обычного сахара и хлорида аммония. Они нагревали сироп, получая полимер на основе глюкозы, называемый меланоидин, который затем надувался в пузыри с помощью газов, освобождаемым аммонием. Команда обнаружила, что наилучшее качество конечного продукта получается при балансе на этой стадии разложения аммония и полимеризации глюкозы.

По мере роста пузырьков оставшийся сироп стекает со стенок пузырьков, уходя из пересечений трех пузырьков. При дальнейшем нагревании, раскислении и дегидрировании меланоидин постепенно графитизируется, чтобы образовать "сжатый графен" - когерентную 3D-структуру, состоящую из графеновых оболочек, связанных структурой сжатого графена, который, соответственно, образуется из первоначальных стенок пузырьков и каркаса пересечений.

Пузырьковая структура обеспечивает свободное движение электронов через сеть, что означает, что графен полностью сохраняет проводимость. Кроме того, механическая прочность и упругость 3D-графена оказались исключительно высокими - команде удалось сжать его до 80% от его начального размера при очень малых потерях проводящих свойств или стабильности.

Развивая свое открытие, Бандо и его команда в своей лаборатории устойчиво получали сжатый 3D-графен граммовых объемов стоимостью 0,5 долл./грамм. Обладая низкой стоимостью и высокой масштабируемостью, новый метод может найти множество применений в технике и электронике. Полученный в большом количестве продукт был выборочно применен в высокоэффективном суперконденсаторе. Его максимальная плотность энергии стала наибольшей среди графеновых 3D-водных суперконденсаторов - 106 Вт/кг. Это открывает невероятные перспективы для быстрого развития электрического транспорта и авиации.

<< Назад: Электронный аналог кошачьих усов 08.02.2014

>> Вперед: 3-симочный смартфон Explay Atom 07.02.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Древний лед Антарктики 01.01.2026

Изучение древних ледниковых слоев - один из самых надежных способов понять, как формировался климат Земли и как он может изменяться в будущем. Недавнее открытие международной группы исследователей в Антарктике дает уникальную возможность заглянуть на миллионы лет назад и получить ценную информацию о атмосфере нашей планеты. В районе Аллан-Хиллс ученые пробурили керны древнего льда и обнаружили слои, возраст которых оценивается примерно в 6 миллионов лет. Это старейший лед, когда-либо найденный на Земле и датированный напрямую, что делает находку беспрецедентной в истории климатологии. Особое значение имеют крошечные пузырьки воздуха, запечатленные в ледяных кристаллах. Они служат настоящими "капсулами времени", сохраняя состав атмосферы прошлого. Анализ этих пузырьков позволяет восстановить климатические условия древней Земли, когда средние температуры были выше современных, а уровень океанов значительно выше нынешнего. Древние ледяные керны можно рассматривать как подробные х ...>>

Нано-уровень управления светом 31.12.2025

Современная нанофотоника стремится превратить свет в инструмент точного управления на микроскопическом уровне. Недавние исследования международной команды ученых открывают новые возможности в этой области, позволяя манипулировать светоматериальными волнами на наноуровне с беспрецедентной точностью. Такие достижения могут стать ключом к созданию сверхбыстрых коммуникационных систем и высокочувствительных сенсоров. В центре внимания исследователей оказались гиперболические фонон-поляритоны - особый тип волн, возникающих при взаимодействии света с колебаниями вещества. Эти волны способны концентрировать свет в пространственных масштабах, значительно меньших длины его волны, что позволяет создавать устройства с высокой плотностью интеграции и повышенной функциональностью. Работа велась совместно учеными из Шанхайского транспортного университета, Национального центра нанонауки и технологий Китая, а также коллегами из Испании. Они предложили двухэтапную схему возбуждения волн: сначала ...>>

Случайная новость из Архива Искусственный лист на основе вольфрама 13.10.2016 Дешевый катализатор поможет создавать углеводороды из солнечного света и воздуха без помощи растений. Один из способов борьбы с парниковым углекислым газом - превратить его в углеводород, то есть в топливо. Сделать это может устройство, называемое искусственным листом (по аналогии с обычным зеленым листом, который превращает СО2 в углеводы с помощью фотосинтеза). Такое устройство сделали химики Иллинойсского университета под руководством Амина Салехи-Ходжина при финансовой поддержке Минэнерго и Национального научного фонда США. Как и в природном фотосинтезе, источником энергии служит солнечный свет. Эту энергию с помощью катализатора используют для восстановления углерода, и получается синтез-газ: смесь водорода и угарного газа. Его можно либо сжигать, либо отправлять в производство углеводородов. До сих пор эффективность таких листьев оставляла желать лучшего, к тому же их катализаторы из благородных металлов. Салехи-Ходжин решил использовать нанолистки диселенида вольфрама. Это вещество прекрасно восстанавливает углекислый газ, но быстро отравляется продуктами восстановления. Защиту удалось найти - ею послужила ионная жидкость, этил-метил-имидазол тетрафлуороборат, смешанный с водой в пропорции 1:1. Ячейку с жидкостью и катализатором приделали к катоду кремниевой солнечной батареи, к аноду - ячейку с электролитом из оксида кобальта в фосфате калия. Под действием солнечного света, который улавливает кремниевая батарея, на аноде формируются кислород и ион водорода, последний поступает в катодную ячейку, восстанавливает углерод, и в ней выделяются пузырьки водорода и угарного газа. Такой искусственный лист в тысячу раз производительнее и в двадцать раз дешевле, чем сделанный с катализатором из благородных металлов. Впрочем, до конкурентоспособной цены топлива, получаемого таким листом, еще очень далеко - очевидно, поэтому исследователи планируют предложить свой способ марсианским колонистам, у которых не будет никакого альтернативного источника углеводородов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025