Новости химической науки > Получение графена – от клейкой ленты до DVD-привода

Получить графен в скором времени будет также просто, как записать информацию на DVD-диск. Такая возможность появилась благодаря работам химиков из США, которые использовали серийный DVD-рекордер для восстановления пленок оксида графена до графена.

Полученные таким образом пленки графена могут быть сразу нанесены на субстраты для получения высокопроизводительных гибких конденсаторов для гибких солнечных ячеек или гибких дисплеев.

В настоящее время большое количество исследователей пытаются разработать высокоэффективные конденсаторы на основе новых материалов. Электрохимические конденсаторы, известные также как суперконденсаторы, обладают рядом потенциально полезных свойств – например, они могут часто подвергаться циклам зарядки/разрядки, однако применение их в настоящее время ограничено тем, что для них до сих пор характерны низкие значения плотностей энергии и мощности. При этом повышение плотности энергии должно позволить конденсатором функционировать в течение большего времени, а увеличение плотности мощности должно позволить им давать больше энергии в единицу времени.

Превратить графен в сверхконденсатор достаточно просто – поместив этот материал в электролит – фосфорную кислоту. (Рисунок из Science, 2012, 335, 1326; DOI: 10.1126/science.1216744)

Графен представляет собой материал, который может увеличить производительность электрохимических конденсаторов. Лист графена отличается исключительной электропроводностью, что позволяет ожидать от конденсаторов на основе этого материала высоких значений плотности энергии и плотности мощности. К сожалению, в настоящее время получение чистого графена затруднено, к тому же часто получаются образцы, в которых отдельные слои связаны друг с другом, что уменьшает площадь поверхности материала, отрицательно влияя на его электрические свойства.

Махер Эль-Кади (Maher El-Kady) с коллегами разработал такой способ получения графеновых пленок и графеновых конденсаторов, при котором не происходит слипания отдельных листочков графена. Исследователи взяли диск-DVD и нанесли на него слой полимера, поверх которого была нанесена пленка из оксида графена. Затем они поместили диск в стандартный DVD-привод, лазерная система которого восстановила оксид графена до графена. Исследователи отделили полимерный слой с нанесенным на него графеном от диска, после чего из этого полимера можно было вырезать изделия любой требуемой формы.

Чтобы превратить графеновые пленки в конденсаторы, исследовали заполнили пространство между двумя параллельно ориентированными листочками графена, восстановленного лазером, электролитом – фосфорной кислотой. Полученные таким способом конденсаторы не только могут быть гибкими, но и демонстрируют производительность, сравнимую с производительностью коммерчески доступных систем для запасания энергии. В сравнении с углеродным электрохимическим конденсатором, конденсатор на основе графена отличается вдвое большей плотностью энергии и в двадцать раз большей плотностью мощности.

Эль-Кади уверен, что разработанные в его группе устройства могут стать основой для новых технологий, например, создания систем питания для гибких дисплеев, «интеллектуальной» одежды и систем запасания энергии, которые могут быть скомбинированы с гибкими фотогальваническими элементами.

Юри Гогоци (Yury Gogotsi), специалист по химии материалов из Университета Дрекселя отмечает чрезвычайную ценность изобретения – он говорит, что для высокие плотность энергии и мощности уже сами по себе были бы значительным достижением, но самая главная «изюминка» работы – простота получения графена и чрезвычайная механическая стабильность полученного материала.

Эль-Кади отмечает, что следующим этапом исследований будет демонстрация возможности получения больших количеств материала за меньшую цену. По его словам, оценочные расчеты показывают, что разработанная ими методика может быть коммерциализована.

Источник: Science, 2012, 335, 1326 (DOI: 10.1126/science.1216744)

метки статьи: #нанотехнологии, #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология, #химия полимеров