Un gruppo di ricerca del NIMS International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) è riuscito per la prima volta al mondo a realizzare prodotti con una struttura in cui il grafene ultrasottile è incollato a una struttura strutturata 3D. Ciò è stato ottenuto con un metodo nuovo e unico ispirato all'arte dello zucchero soffiato, che può essere chiamato il "metodo di soffiaggio chimico".

Un gruppo di ricerca dell'International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) del National Institute for Materials Science (NIMS), guidato dal Dr. Yoshio Bando (NIMS Fellow), Dr. Xuebin Wang (Ricercatore post-dottorato NIMS), e il dottor Golberg Dmitri (direttore dell'unità), è riuscita per la prima volta al mondo a realizzare prodotti con una struttura in cui il grafene ultrasottile (monostrato o pochi strati) è incollato a una struttura strutturata 3D. Questo è stato ottenuto con un metodo nuovo e unico ispirato all'arte dello zucchero soffiato, che può essere chiamato il "metodo di soffiaggio chimico".

Il grafene è un materiale ultrasottile. È una forma di carbonio ma ha proprietà uniche che non possono essere trovate in altri materiali di carbonio come grafite, diamante e nanotubi di carbonio. Gli scienziati che hanno scoperto questo materiale hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2010. Sebbene si prevedesse che la sua applicazione fiorisse, è ancora difficile realizzare una struttura di grafene 3D affidabile, che è necessario per superare la debole connessione tra i fogli, superficie bassa e resistenza meccanica insufficiente dei normali prodotti di grafene. Molti ricercatori hanno tentato di creare grafene 3D ma non sono riusciti a raggiungere questo obiettivo senza deteriorarne le proprietà.

Il gruppo di ricerca è riuscito per la prima volta al mondo a realizzare prodotti in grafene 3D, applicando un innovativo, metodo inedito ispirato all'arte dello zucchero soffiato, che chiamano "metodo di soffiaggio chimico" o chiamano in modo univoco "metodo di soffiaggio dello zucchero". In questo metodo, glucosio e sale di ammonio vengono miscelati e riscaldati a circa 250°C, attraverso cui si possono ottenere polimeri derivati ​​dal glucosio. I gas di ammoniaca rilasciati "soffiano" i polimeri creando pressione dall'interno, generando un numero di piccole bolle polimeriche di decine di micron. Simultaneamente, viene formata una struttura per stabilizzare la struttura e viene realizzato un prodotto con una struttura 3D a puntoni. Dopo di che, questo prodotto viene ulteriormente riscaldato a 1, 350°C per trasformare le pareti del polimero in grafene. Il prodotto finale in grafene 3D ha una struttura in cui il grafene è incollato a una struttura strutturalmente stabile fatta di sottili montanti, appositamente chiamato "grafene strutted". Questo "metodo di soffiaggio chimico" è un metodo innovativo per realizzare rapidamente prodotti in grafene con una struttura 3D, facilmente e a basso costo.

I condensatori elettrochimici con elettrodi realizzati con i prodotti di grafene 3D strutted sviluppati in questa ricerca possono raggiungere un'elevata densità di potenza specifica. Si prevede che i nuovi prodotti saranno ampiamente utilizzati come materiali per condensatori ad alte prestazioni in dispositivi per la ricarica e la scarica rapida di dispositivi elettronici portatili e veicoli elettrici e il lancio elettromagnetico di aeromobili. Il "metodo di soffiaggio chimico" sarà anche ampiamente disponibile come un nuovo metodo per realizzare membrane ultrasottili più che grafene.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati come risultato del World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), nella versione online di una rivista scientifica britannica, Comunicazioni sulla natura , il 16 dicembre, 2013.