Płatki grafenu, czyli atomowej grubości płaszczyzny utworzone z atomów węgla można w stosunkowo łagodnych warunkach przekształcić w trójwymiarowe struktury utworzone z fragmentów grafemu – udowodnili chińscy badacze. Nowy materiał naukowcy nazwali 3D-grafenem. O ich odkryciu informuje „Nanoscale”.
Grafren można wytworzyć niemal wszędzie. Wystarczy do tego kawałek taśmy klejącej, grafit i nieco cierpliwości niezbędnej do wielokrotnego naklejania i zrywania taśmy z płatkami grafenu z powierzchni grafitu. Jest to oczywiście technika mało wydajna, która zastąpiona została bardziej zaawansowanymi sposobami dającymi szansę na szybką i tanią produkcję tego ważnego dla nanotechnologii materiału.
Dotychczas naukowcy łączyli grafen z dwuwymiarowym układem o grubości odpowiadającej pojedynczej warstwie atomów węgla. Takie ściśle dwuwymiarowe układy grafenowe to już przeszłość, dzięki odkryciu przez naukowców z University of Science and Technology of China techniki tworzenia trójwymiarowych struktur grafenowych.
Procedura syntezy jest dość prosta, co więcej, dominuje w niej proces samoorganizacji, czyli cała reakcja zachodzi samoczynnie.
Do kolby o odpowiednim kształcie, która pełni jednocześnie rolę formy warunkującej końcowy kształt 3D-grafenu, należy wlać wodną zawiesinę wcześniej przygotowanych płatków tlenku grafenu oraz dodać jeden z łagodnych czynników redukujących: siarczyn sodu, siarczek sodu czy też witaminę C oraz hydrochinon. Całość należy podgrzać do temperatury 95 st. Celsjusza nie mieszając i utrzymując ciśnienie atmosferyczne.
W takich warunkach następuje reakcja redukcji powierzchni tlenku grafenu oraz uruchamia się proces samoorganizacji, dzięki któremu przez trzy kolejne godziny następuje przekształcenie dwuwymiarowych grafenowych układów w jedną, porowatą trójwymiarową grafenową strukturę.
Nowo wytworzony materiał został przetestowany przez naukowców, dzięki czemu wiadomo, że doskonale przewodzi prąd elektryczny, zachowując jednocześnie bardzo dobre właściwości mechaniczne oraz termiczną stabilność.
Ponieważ wytworzony materiał jest zupełnie nowy i nieznane są jego właściwości fizykochemiczne, nie do końca jeszcze wiadomo, do czego będzie można użyć 3D-grafen. Z tego powodu obecnie naukowcy koncentrują się na znalezieniu zastosowania dla trójwymiarowej wersji grafenu.
Badacze przewidują skuteczne zastosowanie 3D-grafenu w elektronice przyszłości, do magazynowania energii elektrycznej (superkondensatory), wodoru, przy tworzeniu biosensorów oraz jako nośnik katalizatorów.
