Grafen ma unikalne właściwości, w tym dużą powierzchnię, doskonałą przewodność elektryczną, wytrzymałość mechaniczną i elastyczność. Dzięki temu ten dwuwymiarowy materiał jest dobrym kandydatem do zwiększenia szybkości i pojemności magazynowania energii.
Czytaj też: Przyspieszyli transport protonów przez grafen. Efekt jest oszałamiający
Naukowcy z University of Michigan College of Engineering wykazali, jak efektywniej wykorzystać grafen do produkcji nanourządzeń elektrochemicznych i elektrokatalizatorów w celu przyspieszenia magazynowania energii. Szczegóły opisane w czasopiśmie Journal of the American Chemical Society mogą zapoczątkować materiałową rewolucję.
Trójwarstwowy grafen może zapoczątkować rewolucję
Trzeba wiedzieć, że skręcenie dwóch warstw grafenu pod kątem 1,1o (tzw. magicznym kątem) tworzy strukturę “płaskiego pasma”, co oznacza, że wszystkie zgromadzone elektrony mają mniej więcej taką samą energię. Z tego powodu występuje tu duża gęstość dostępnych poziomów energetycznych, które elektrony mogą zająć, co zwiększa przewodnictwo elektryczne.
Wcześniejsze prace potwierdziły, że płaskie pasma można wykorzystać do zwiększenia reaktywności transferu ładunku grafenu, gdy ma on odpowiednią parę redoks (dwuwarstwa). Okazuje się, że dodanie dodatkowej warstwy grafenu w celu uzyskania skręconego grafenu trójwarstwowego znacznie przyspiesza transfer elektronów.
Odkryliśmy wysoce elastyczną i zwiększoną reaktywność transferu ładunku w skręconym trójwarstwowym grafenie, która nie jest ograniczona do określonych kątów skrętu lub par redoks. Venkat Viswanathan, adiunkt z University of Michigan College of Engineering
Ułożenie trzech warstw grafenu wprowadziło dodatkowy kąt skrętu, tworząc “niewspółmierne”, czyli niepowtarzalne wzory, przy małych kątach skrętu – w przeciwieństwie do grafenu dwuwarstwowego, który tworzy powtarzające się wzory. Po dodaniu trzeciej warstwy, sieci heksagonalne nie są idealnie wyrównane.
Czytaj też: Zielony grafen – gdy grafen może być jeszcze lepszy. Co to takiego?
W temperaturze pokojowej te niepowtarzalne wzory mają szerszy zakres kątów z wysoką gęstością stanów z dala od płaskich pasm, zwiększając przewodnictwo elektryczne porównywalne z przewidywanymi przy kącie magicznym. Teraz naukowcy planują zweryfikować swoje ustalenia w eksperymentach i potencjalnie odkryć jeszcze większą aktywność w wielowarstwowych skręconych materiałach 2D.
