I ricercatori della Rice University hanno consolidato il grafene funzionalizzato a temperatura ambiente prima frantumando la polvere di grafene e poi premendola in pellet. Alterare chimicamente la polvere di grafene con carbonio, ossigeno e idrogeno hanno fornito un modo per legare il grafene in un solido tridimensionale sotto pressione. Credito:Ajayan Research Group/Rice University
È facile ed economico produrre palline lucide di grafite da grafene funzionalizzato, secondo gli scienziati della Rice University.
Un rapporto in Carbonio mostra come la polvere di grafene alterata chimicamente può essere pressata in un peso leggero, solido semiporoso che conserva molte delle qualità forti e conduttive della grafite, la forma del carbonio che si trova nelle matite, lubrificanti e molti altri prodotti che normalmente richiedono lavorazioni ad alta temperatura per essere realizzati.
Mohamad Kabbani, un ex studente laureato dello scienziato dei materiali di riso Pulickel Ajayan e autore principale dell'articolo, dimostrato il rispetto dell'ambiente, un processo scalabile può essere eseguito manualmente in pochi minuti macinando il grafene modificato chimicamente in una polvere e utilizzando una pressa azionata a mano per spremere la polvere in un pellet solido.
Kabbani ha mostrato in precedenza come i nanotubi di carbonio potrebbero essere trasformati in grafene con un mortaio e un pestello anziché con sostanze chimiche aggressive. Questa volta, lui e i suoi colleghi hanno dimostrato come realizzare un pellet delle dimensioni di una batteria, ma le polveri di grafene con funzionalità chimiche ad esso collegate possono essere pressate in qualsiasi forma. Kabbani ha detto che il materiale potrebbe essere adatto per strutture, catalitico, applicazioni elettrochimiche ed elettroniche.
"Questa è la prima volta che qualcuno li fa a temperatura ambiente e senza una pressione molto alta, " ha detto. "Di solito questo tipo di materiali richiedono la sinterizzazione (un processo che utilizza la pressione o il calore per formare solidi senza fonderli) a temperature superiori a 1, 000 gradi Celsius per produrre pellet resistenti. In questo caso, la meccanochimica su scala nanometrica ci ha fatto risparmiare molta energia e denaro".
Il processo è iniziato con due serie di nanotubi funzionalizzati, uno con acido carbossilico e l'altro con molecole di idrossile. Una volta schiacciati per unirli sia a mano che a macchina, sono posti in una pressa idraulica da laboratorio e sottoposti a 5 tonnellate di pressione. I gruppi funzionali hanno reticolato tra loro i fogli di grafene, e anche se non erano coinvolti liquidi, hanno prodotto una piccola quantità di acqua come sottoprodotto della reazione, ha detto Kabbani.
Le immagini al microscopio elettronico a scansione mostrano scaglie di grafene prima della compressione, a sinistra, con i singoli fiocchi delineati, e fogli di grafene ben collegati dopo la compressione a destra. La barra della scala è di 20 nanometri. Credito:Ajayan Research Group/Rice University
I pellet sono rimasti stabili se posti in acqua calda per cinque ore, anche se mescolato; ciò ha confermato l'incastro dei fogli di grafene all'interno, hanno riferito i ricercatori.
La combinazione di leggerezza, l'elevata resistenza e l'elevata conduttività sono attraenti per applicazioni come cavi ed elettrodi conduttori, ha detto Kabbani. "Il materiale in pellet è più resistente e leggero degli elettrodi di grafite commerciali e potrebbe essere promettente per applicazioni di accumulo elettrico con elevate densità di energia e potenza, " Egli ha detto.
Un pellet di grafite fatto a mano da polvere di grafene frantumata. Il forte, i pellet di luce sviluppati alla Rice University sono promettenti per applicazioni elettroniche e catalitiche. Credito:Rice University
