Ärgerliche Falten, die Graphen neues Leben geben?

Material Kuh Hinweis: [Brown University] Zerknittern Sie ein Stück Papier, es ist wahrscheinlich dazu bestimmt, in den Mülleimer geworfen zu werden; Neue Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass das wiederholte Kneten von Graphen, einem Nanomaterial, einige seiner Eigenschaften verbessern kann. In einigen Fällen sind sogar Falten besser.

Technische Studien an der Brown University haben gezeigt, dass Graphen seine hydrophoben Eigenschaften nach mehreren Falten signifikant verbessert hat - eine Eigenschaft, die bei der Herstellung sauberer Oberflächen hilfreich ist. Gefaltetes Graphen hat auch verbesserte elektrochemische Eigenschaften, was für Batterien und Brennstoffzellenelektroden vorteilhafter sein kann.

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.

[Faltzeiten]

Ingenieurforscher an der Brown University: Robert Hurt und Ian Wong, zwei frühere Arbeiten haben eine gute Grundlage für diese Studie gelegt. Das Team sagte zuvor, dass durch das Einbringen von Falten in Graphen das Substrat, das zum Züchten von Zellen verwendet wird, in eine komplexere Umgebung im Körper umgewandelt werden könnte. Für dieses neueste Ergebnis sagte ein Leiter des Postdoktoranden-Forschungsteams, Professor Po-YenChen, er wolle komplexe Strukturen bauen, die Falten kombinieren. "Ich wollte sehen, ob es eine Chance gibt, eine höhere Hierarchie zu schaffen", sagte Chenjiaoshou.

Zu diesem Zweck haben die Forscher Graphenoxid auf der Schrumpfmembran abgeschieden - eine Eigenschaft, bei der sich die Polymermembran beim Erhitzen zusammenzieht. Wenn sich der Film zusammenzieht, wird das Graphen oben komprimiert, wodurch es sich faltet. Um zu sehen, welche Art von Faltstruktur erzeugt werden würde, wiederholten die Forscher die Kompression desselben Graphens. Nach der ersten Kontraktion wird die Membran aufgelöst und Graphen wird in eine andere neue Membran gegeben, um fortzufahren.

In mehreren aufeinanderfolgenden Kontraktionen testeten die Forscher eine Reihe verschiedener Konfigurationen. Manchmal halten sie beispielsweise das andere Ende des Films, sodass sie sich nur entlang einer einzigen Achse zusammenziehen können. Die periodische Graphenschicht, die durch den festen Film erzeugt wird, verteilt sich im Wesentlichen parallel über seine Oberfläche. Der ungeklemmte Film zieht sich in zwei Dimensionen zusammen, der XY-Richtung, was zu einer zufälligen und faltigen Graphenoberfläche führt.

Das Team verwendete auch verschiedene Kontraktionsmuster, um mehrere aufeinanderfolgende Tests zu testen. Zum Beispiel könnten sie das gleiche Graphen zusammenziehen, zuerst durch Klemmen des Films, dann ohne Klemmen und schließlich durch Klemmen. Oder ungeklemmt, geklemmt, ungeklemmt gelassen. Sie drehen Graphen auch zwischen verschiedenen Kontraktionskonfigurationen und machen es manchmal senkrecht zur ursprünglichen Richtung.

Das Team stellte fest, dass diese kontinuierliche Kontraktion Graphenschichten stark komprimieren und sie auf ein Vierzigstel ihrer ursprünglichen Größe reduzieren kann. Sie sagten auch, dass die Methode interessante Muster entlang der Oberfläche erzeugen kann, zum Beispiel: Falten können einander überlagert werden.

Wenn Sie tiefer gehen, sehen Sie größere Wellpappenstrukturen, die die ursprünglichen kleinen Wellpappenstrukturen enthalten, die zurückgelassen wurden, sagte Robert Hurt, Professor an der School of Engineering der Brown University und einer der Autoren der Newsletter der Zeitung. ""

Diese Kontraktion wird zuerst geklemmt, gelöst und dann geklemmt; Der andere ist nicht Clip, Clip und dann loslassen. Die beiden sehen offensichtlich unterschiedlich aus. Die Reihenfolge der Operation wird die endgültige Struktur bestimmen, sagte Professor Wang, der Autor eines anderen Papiers. "Dies ist nicht so, als würde das Multiplizieren von zwei mal drei gleich drei mal zwei sein. Das Material hat" Gedächtnis "und es wird unterschiedliche Ergebnisse haben, wenn wir unterschiedliche Kontraktionssequenzen verwenden."

Die Forscher entwickelten eine strukturelle Klassifizierung, die aus verschiedenen Kontraktionskonfigurationen abgeleitet wurde. Anschließend testeten sie mehrere Strukturen, um festzustellen, wie sie die Eigenschaften der Graphenschicht veränderten.

[Erweiterte Eigenschaften]

Die Forscher fanden heraus, dass eine zerknitterte Graphenoberfläche superhydrophob wird und verhindert, dass sie an der Oberfläche haftet. Wenn Wasser mit einer hydrophoben Oberfläche in Kontakt kommt, bilden sich Wassertropfen und rutschen ab (wenn der Kontaktwinkel zwischen diesen Perlen und der Oberfläche 160 Grad überschreitet - was bedeutet, dass nur sehr wenige Wasserperlen das Material berühren können - gilt das Material als super hydrophob). Die Forscher fanden heraus, dass sie aus drei losen Schrumpfungsfalten superhydrophobes Graphen herstellen können.

Das Team stellte außerdem fest, dass Falten die elektrochemischen Eigenschaften von Graphen verbessern können, was für die nächste Generation von energiespeicher- und Produktionsanlagen von Vorteil ist. Studien haben gezeigt, dass im Vergleich zur flachen Graphenschicht die elektrochemische Stromdichte um 400% erhöht wird, wenn die gefaltete Graphenschicht als Batterieelektrode verwendet wird. Durch die Erhöhung der Stromdichte werden effizientere Batterien erzeugt.

"Sie brauchen kein neues Material", sagt Chenjiaoshou. "Du musst nur das Graphen falten." ""

Neben Batterien und wasserdichten Beschichtungen eignet sich diese Kompressionsmethode aus Graphen möglicherweise auch für das gestreckte elektronische Gerät von Yuke, den tragbaren Sensor.

Die Gruppe plant, weiterhin Strukturen auf Graphen und anderen Nanomaterialien mit unterschiedlichen Produktionsmethoden herzustellen.

Nicht nur Graphen, sondern es gibt auch viele neue zweidimensionale Nanomaterialien, die einige interessante Eigenschaften haben, sagte Wang. "Daher können auch andere Materialien oder Verbundwerkstoffe spezielle Strukturen mit unerwarteten Funktionen bilden."

Die Studie wurde von einem Startkapitalfonds der Brown University unterstützt. Chenbaoyan wird vom Hibbit Engineering Fellows Program gesponsert. Sie unterstützen herausragende Postdoktoranden, damit sie reibungslos zur Gründung eines unabhängigen Unternehmens übergehen können. Jaskiranjit Sodhi, Yang Qiu, Thomas M. Valentin, RubenSpitz Steinberg und Dr. ZongyingWang sind die Mitautoren des Papiers.

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