Gli scienziati della Rice University hanno trasformato il legno in un conduttore elettrico trasformando la sua superficie in grafene.

Il chimico del riso James Tour e i suoi colleghi hanno usato un laser per annerire un motivo a pellicola sottile su un blocco di pino. Il pattern è il grafene indotto dal laser (LIG), una forma del materiale di carbonio sottile come un atomo scoperto a Rice nel 2014.

"È un'unione dell'arcaico con il più nuovo nanomateriale in un'unica struttura composita, " Disse Giro.

La scoperta è dettagliata questo mese in Materiale avanzato .

Le precedenti iterazioni di LIG sono state effettuate riscaldando la superficie di un foglio di poliimmide, una plastica economica, con un laser. Piuttosto che un foglio piatto di atomi di carbonio esagonali, LIG è una schiuma di fogli di grafene con un bordo attaccato alla superficie sottostante e bordi chimicamente attivi esposti all'aria.

Non solo qualsiasi poliimmide produrrebbe LIG, e alcuni legni sono preferiti ad altri, Tour ha detto. Il gruppo di ricerca guidato dagli studenti laureati della Rice Ruquan Ye e Yieu Chyan ha provato betulla e quercia, ma ha scoperto che la struttura lignocellulosica reticolata del pino lo rendeva migliore per la produzione di grafene di alta qualità rispetto ai legni con un contenuto di lignina inferiore. La lignina è il complesso polimero organico che forma le pareti cellulari rigide nel legno.

Ye ha detto che trasformare il legno in grafene apre nuove strade per la sintesi di LIG da materiali non poliimmidici. "Per alcune applicazioni, come la stampa tridimensionale al grafene, la poliimmide potrebbe non essere un substrato ideale, " ha detto. "Inoltre, il legno è abbondante e rinnovabile."

Come con la poliimmide, il processo avviene con un laser industriale standard a temperatura e pressione ambiente e in atmosfera inerte di argon o idrogeno. Senza ossigeno, il calore del laser non brucia il pino ma trasforma la superficie in scaglie rugose di schiuma di grafene legate alla superficie del legno. La modifica della potenza del laser ha modificato anche la composizione chimica e la stabilità termica del LIG risultante. Al 70% di potenza, il laser ha prodotto la massima qualità di ciò che hanno soprannominato "P-LIG, " dove la P sta per "pino".

Il laboratorio ha compiuto un ulteriore passo avanti con la sua scoperta trasformando il P-LIG in elettrodi per la scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno e in supercondensatori per l'accumulo di energia. Per il primo, hanno depositato strati di cobalto e fosforo o nichel e ferro su P-LIG per realizzare una coppia di elettrocatalizzatori con aree superficiali elevate che si sono rivelate durevoli ed efficaci.

Il deposito di polianilina su P-LIG lo ha trasformato in un supercondensatore ad accumulo di energia con parametri prestazionali utilizzabili, Tour ha detto.

"Ci sono più applicazioni da esplorare, " Ye ha detto. "Per esempio, potremmo usare P-LIG nell'integrazione dell'energia solare per la fotosintesi. Riteniamo che questa scoperta ispirerà gli scienziati a pensare a come potremmo trasformare le risorse naturali che ci circondano in materiali più funzionanti".

Il tour ha visto un beneficio ambientale più immediato dall'elettronica biodegradabile.

"Il grafene è un sottile foglio di un minerale naturale, grafite, quindi lo rispediremmo al suolo da cui è arrivato insieme alla piattaforma di legno invece che a una discarica piena di parti elettroniche".