¿Pliegues molestos que le dan nueva vida al grafeno?

Nota material de la vaca: [Universidad de Brown] Arrugue un trozo de papel, probablemente esté destinado a ser arrojado a la basura; Sin embargo, una nueva investigación muestra que amasar repetidamente el grafeno, un material nano, puede mejorar algunas de sus propiedades. En algunos casos, incluso las arrugas son mejores.

Los estudios de ingeniería en la Universidad de Brown han demostrado que el grafeno ha mejorado significativamente sus propiedades hidrófobas después de múltiples pliegues, una propiedad que es útil para hacer superficies limpias. El grafeno plegado también tiene propiedades electroquímicas mejoradas, que pueden ser más ventajosas para las baterías y los electrodos de las pilas de combustible.

Los resultados se publicaron en la revista Advanced Materials.

[Tiempos de plegado]

Investigador de ingeniería de la Universidad de Brown: Robert Hurt e Ian Wong, dos trabajos anteriores han sentado una buena base para este estudio. El equipo dijo anteriormente que al introducir pliegues en el grafeno, podrían convertir el sustrato utilizado para hacer crecer las células en un entorno más complejo en el cuerpo. Para este último resultado, un líder del equipo de investigación postdoctoral, el profesor Po-YenChen, dijo que quería construir estructuras complejas que combinen pliegues. "Quería ver si había alguna posibilidad de crear una jerarquía más alta", dijo Chenjiaoshou.

Para hacer esto, los investigadores depositaron óxido de grafeno en la membrana retráctil, una propiedad que utiliza la membrana de polímero para contraerse cuando se calienta. Cuando la película se contrae, el grafeno en la parte superior se comprime, lo que hace que se doble. Para ver qué tipo de estructura de pliegue se produciría, los investigadores repitieron la compresión del mismo grafeno. Después de la primera contracción, la membrana se disuelve y el grafeno se coloca en otra nueva membrana para continuar.

En varias contracciones sucesivas, los investigadores probaron varias configuraciones diferentes. A veces, por ejemplo, sostienen el extremo opuesto de la película, lo que les permite contraerse solo a lo largo de un solo eje. La capa periódica de grafeno producida por la película fija, básicamente pliegues paralelos, se extenderá por su superficie. La película sin sujetar se contrae en dos dimensiones, la dirección XY, lo que da como resultado una superficie de grafeno arrugada y aleatoria.

El equipo también utilizó diferentes patrones de contracción para probar varias pruebas sucesivas. Por ejemplo, podrían contraer el mismo grafeno, primero sujetando la película, luego sin sujetar y finalmente sujetando. O dejado sin sujetar, sujetar, soltar. También rotan el grafeno entre diferentes configuraciones de contracción, a veces haciéndolo perpendicular a la dirección original.

El equipo descubrió que esta contracción continua podría comprimir en gran medida las hojas de grafeno, reduciéndolas a una cuadragésima parte de su tamaño original. También dijeron que el método puede crear patrones interesantes a lo largo de la superficie, por ejemplo: los pliegues se pueden superponer entre sí.

Cuando profundizas, ves estructuras corrugadas más grandes que contienen las pequeñas estructuras corrugadas originales que quedaron atrás, dijo Robert Hurt, profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Brown y uno de los autores de los boletines del artículo. "

Esta contracción primero se sujeta, se suelta y luego se sujeta; El otro no es recortar, recortar y luego soltar. Los dos, obviamente, se ven diferentes. El orden de operación determinará la estructura final, dijo el profesor Wang, autor de otro artículo. "Esto no es como multiplicar dos por tres es equivalente a tres por dos. El material tiene" memoria "y tendrá resultados diferentes cuando usamos diferentes secuencias de contracción".

Los investigadores propusieron una clasificación estructural derivada de diferentes configuraciones de contracción. Luego probaron varias estructuras para ver cómo cambiaban las propiedades de la capa de grafeno.

[Características mejoradas]

Los investigadores encontraron que una superficie de grafeno arrugada se vuelve superhidrofóbica, lo que evita que se adhiera a la superficie. Cuando el agua entra en contacto con una superficie hidrófoba, se forman y se deslizan gotas de agua (cuando el ángulo de contacto entre estas perlas y la superficie supera los 160 grados, lo que significa que muy pocas gotas de agua pueden tocar el material), se considera que el material es super hidrofóbico). Los investigadores descubrieron que podían producir grafeno superhidrófobo a partir de tres pliegues de contracción sueltos.

El equipo también descubrió que los pliegues pueden aumentar las propiedades electroquímicas del grafeno, lo que es beneficioso para la próxima generación de equipos de producción y almacenamiento de energía. Los estudios han demostrado que, en comparación con la capa plana de grafeno, si la capa de grafeno plegada se utiliza como electrodo de batería, la densidad de corriente electroquímica aumentará en un 400%. Su aumento en la densidad de corriente creará baterías más eficientes.

"No necesitas un material nuevo", dice Chenjiaoshou. "Solo necesitas arrugar el grafeno". "

Además de las baterías y los revestimientos impermeables, este método de compresión de grafeno también puede ser adecuado para el dispositivo electrónico estirado de Yuke, el sensor portátil.

El grupo planea continuar fabricando estructuras en grafeno y otros nanomateriales utilizando diferentes métodos de producción.

No solo el grafeno, sino que hay muchos nanomateriales bidimensionales nuevos que tienen algunas propiedades interesantes, dijo Wang. "Por lo tanto, otros materiales o compuestos también pueden formar estructuras especiales con funciones inesperadas".

El estudio fue apoyado por un fondo semilla de la Universidad de Brown. Chenbaoyan está patrocinado por el Programa de becarios de ingeniería de Hibbit. Apoyan a destacados investigadores postdoctorales para que puedan realizar una transición sin problemas hacia el establecimiento de una empresa independiente. Jaskiranjit Sodhi, Yang Qiu, Thomas M. Valentin, RubenSpitz Steinberg y el Dr. ZongyingWang son los coautores del artículo.

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