I ricercatori in Giappone hanno sviluppato una tecnica nuova ma semplice, chiamato "assemblaggio strato per strato guidato dalla diffusione, " per costruire il grafene in strutture porose tridimensionali (3D) per applicazioni in dispositivi come batterie e supercondensatori. Il loro studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Il grafene è essenzialmente un foglio di carbonio ultrasottile e possiede proprietà eccitanti come un'elevata stabilità meccanica e una notevole conduttività elettrica. È stato pubblicizzato come il materiale di prossima generazione in grado di rivoluzionare concettualmente la tecnologia esistente e i settori energetici come li conosciamo.

Però, la struttura sottile del grafene funge anche da grande ostacolo per gli usi pratici. Quando si mettono insieme questi minuscoli fogli in strutture più grandi, i fogli si impilano facilmente l'uno con l'altro, con conseguente perdita significativa delle proprietà uniche del materiale. Sebbene siano state proposte diverse strategie per affrontare questo problema delicato, sono spesso costosi, richiede tempo, e difficile da scalare.

Per vincere questa sfida, i ricercatori dell'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) dell'Università di Kyoto hanno preso in prestito un principio dalla chimica dei polimeri e lo hanno sviluppato in una tecnica per assemblare il grafene in architetture 3D porose evitando l'impilamento tra i fogli. Mettendo l'ossido di grafene (una forma ossidata di grafene) a contatto con un polimero con carica opposta, i due componenti potrebbero formare uno strato composito stabile, un processo noto anche come "complessazione interfacciale".

"Interessante, il polimero potrebbe diffondersi continuamente attraverso l'interfaccia e indurre ulteriori reazioni, che ha permesso al composito a base di grafene di svilupparsi in spesse strutture multistrato. Quindi, abbiamo chiamato questo processo "assemblaggio strato per strato guidato dalla diffusione", " ha spiegato Jianli Zou, un co-investigatore nel progetto.

I prodotti risultanti mostrano una struttura porosa simile alla schiuma, ideale per massimizzare i benefici del grafene, con la porosità sintonizzabile da ultraleggera a altamente densa attraverso semplici cambiamenti nelle condizioni sperimentali. Per di più, il processo è facilmente scalabile per la creazione di film di grandi dimensioni che saranno molto utili come elettrodi e membrane per la generazione o lo stoccaggio di energia.

"Anche se in questo studio abbiamo dimostrato solo la costruzione di strutture a base di grafene, siamo fermamente convinti che la nuova tecnica sarà in grado di servire come metodo generale per l'assemblaggio di una gamma molto più ampia di nanomateriali, "concluse Franklin Kim, il ricercatore principale dello studio.