Лазерный мир

Этот логотип спортсменов в Райс-Университете выполнен из лазерного графена на образце из сосны. Ученые Райса использовали промышленный CO2-лазер для нагрева древесины и превратили ее поверхность в проводящий графен. Материал может использоваться для биоразлагаемой электроники. (Изображение предоставлено Tour Group)

Ученые из Университета Райса (Хьюстон, штат Техас) превратили древесину в электрический проводник, преобразовав поверхность в графен.

Райс-химик Джеймс Тур и его коллеги использовали лазерный скрайбер надиоксиде углерода (CO2), чтобы затемнить тонкопленочный лазерный графен (LIG) на куске сосны. Лазерный графен был обнаружен в Райсе в 2014 году.

Предыдущие итерации LIG проводили путем нагревания поверхности листа полиимида, недорогого пластика, с помощью лазера. Вместо плоского листа гексагональных атомов углерода, LIG представляет собой пену из графеновых листов с одной поверхностью, прикрепленной к подстилающей поверхности, и химически активными краями, открытыми для воздуха.

Не только любой полиимид будет производить LIG,но  и некоторые сорта древесины предпочтительнее других, говорит Тур. Исследовательская группа, возглавляемая аспирантами Райса Рукэнем Е и Йеу Чянем, испытывала березу и дуб, но обнаружила, что скрещенная лигноцеллюлозная структура сосны сделала ее лучше для производства высококачественного графена, чем древесина с более низким содержанием лигнина. LIG имеет высокую проводимость порядка 10 Ом на квадрат.

Как и в случае с полиимидом, процесс протекает со стандартным промышленным CO2-лазером при комнатной температуре и давлении и в атмосфере инертного аргона или водорода. Без кислорода тепло от лазера не сжигает сосну, а превращает поверхность в морщинистые хлопья граффиновой пены, привязанные к поверхности дерева. Изменение мощности лазера также изменило химический состав и термическую стабильность полученного LIG. При мощности 70% лазер создавал наивысшее качество того, что они называли P-LIG, где P обозначает сосну.

Лаборатория продвинула свое открытие еще одним шагом, превратив P-LIG в электроды для разделения воды на водород и кислород и суперконденсаторы для хранения энергии. Для первого они осаждали слои кобальта и фосфора, никеля и железа на P-LIG, чтобы создать пару электрокатализаторов с высокими поверхностными участками, которые оказались долговечными и эффективными.

Депонирование полианилина на P-LIG превратило его в суперконденсатор, сохраняющий энергию, который имел приемлемые показатели производительности, говорит Тур.

«Есть больше приложений для изучения», — говорит Е. «Например, мы могли бы использовать P-LIG для интеграции солнечной энергии для фотосинтеза. Мы полагаем, что это открытие вдохновит ученых на то, чтобы мы могли сконструировать природные ресурсы, которые окружают нас, в улучшающиеся материалы».

Тур видит экологическую выгоду от биодеградируемой электроники, отмечая, что «графен — это тонкий лист природного минерала, графита, поэтому мы отправим его обратно на землю, из которого он придет вместе с деревянной платформой, а не на полигон, полный Частей электроники ».

Литература:

1. Ruquan Yeet al.,Advanced Materials (2017); doi: 10.1002/adma.2017022

Источник:

http://news.rice.edu/2017/07/31/need-graphene-grab-a-saw-2/