I ricercatori di Umeå mostrano come il grafene attivato, i carboni attivi e altri carboni idrofobici possono essere dispersi in acqua sotto forma di particelle di dimensioni micrometriche. L'agente chiave che aiuta a far durare queste dispersioni per giorni è la forma ossidata di grafene chiamata ossido di grafene. Gli autori hanno richiesto il brevetto per il metodo per preparare le dispersioni.

Grafene, grafite, i carboni attivi sono forme abbastanza diverse di carbonio, ma ciò che è comune per loro sono le loro proprietà idrofobiche. È impossibile dissolvere o disperdere questi materiali direttamente nell'acqua. D'altra parte, l'utilizzo di dispersioni o soluzioni per molte applicazioni è un grande vantaggio. Idealmente, si può spruzzare o dipingere la dispersione di grafene su un foglio di metallo e preparare ad es. materiale degli elettrodi semplicemente asciugando.

Gli scienziati sono alla ricerca di buoni metodi per preparare dispersioni utilizzando materiali correlati al grafene da molti anni. Il metodo più comune finora disponibile è quello di utilizzare solventi organici e un trattamento meccanico molto forte, per esempio. sonicazione per lungo tempo. Però, i solventi organici sono spesso tossici mentre il trattamento meccanico non solo richiede tempo ed energia, ma introduce anche molti difetti, che influiscono negativamente sulla conduttività dei fogli di grafene.

I ricercatori dell'Università di Umeå hanno trovato una soluzione semplice ed ecologica al problema:la forma ossidata del grafene, ossido di grafene, è idrofilo e facilmente disperdibile in acqua.

"Quello che abbiamo scoperto è che le dispersioni di acqua stabili possono essere preparate aggiungendo una certa quantità di ossido di grafene a vari carboni idrofobici, "dice Aleksandr Talizin, Professore Associato presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Umeå.

Il suo team di fisici ha testato il metodo utilizzando carbonio ad alta superficie come il grafene, grafene attivato, carboni porosi o attivi. Le dispersioni erano stabili e non precipitavano anche dopo giorni di conservazione a scaffale. Quando hanno aggiunto alcuni nanotubi di carbonio nella dispersione, sembrava essere piuttosto buono per la preparazione di elettrodi per supercondensatori. La dispersione è stata applicata su un foglio metallico, essiccato e riscaldato a 200o Celsius. Tutti questi passaggi potrebbero essere facilmente scalabili nella produzione industriale, suggerisce il ricercatore.

"Quello che otteniamo alla fine è un film sottile di materiale conduttivo per elettrodi con un'area superficiale piuttosto elevata, buona conduttività e ottime prestazioni nello stoccaggio dell'elettricità nei supercondensatori. L'elevata area superficiale è fornita dalle particelle di dimensioni micrometriche, ad es. grafene attivato, mentre i nanotubi e l'ossido di grafene termicamente ridotto forniscono un buon contatto elettrico tra le particelle, "dice Aleksandr Talizin.

Le dispersioni possono essere utili anche in molte altre applicazioni come inchiostri per stampa, rivestimenti protettivi, e vernici conduttive.

La ricerca è finanziata dalla EU Graphene Flagship, un grande progetto internazionale volto a portare il grafene sul mercato. I ricercatori hanno anche ricevuto molto sostegno dall'Università di Umeå. Anche il metodo per la preparazione delle dispersioni di grafene attivato sembra essere meritevole di brevetto.

"È stato sorprendentemente semplice e rapido quando ho contattato l'Ufficio per l'innovazione dell'Università di Umeå. Abbiamo ricevuto un'enorme quantità di aiuto in breve tempo grazie a esperti come Daniel Hoffman e i suoi colleghi. Mentre il documento scientifico era in fase di revisione, siamo stati in grado di completare la domanda di brevetto."

Lo studio è pubblicato su Journal of Physical Chemistry Letters .