Un groupe de recherche du NIMS International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) a réussi pour la première fois au monde à fabriquer des produits avec une structure dans laquelle du graphène ultra-mince est collé à un cadre à entretoises 3D. Ceci a été réalisé par une méthode nouvelle et unique inspirée de l'art du sucre soufflé, qui peut être appelée la "méthode de soufflage chimique".

Un groupe de recherche de l'International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) du National Institute for Materials Science (NIMS), dirigé par le Dr Yoshio Bando (boursier NIMS), Dr Xuebin Wang (chercheur postdoctoral NIMS), et le Dr Golberg Dmitri (Directeur d'Unité), a réussi pour la première fois au monde à fabriquer des produits avec une structure dans laquelle du graphène ultrafin (monocouche ou peu de couches) est collé à un cadre 3D strié. Ceci a été réalisé par une méthode nouvelle et unique inspirée de l'art du sucre soufflé, que l'on peut appeler la "méthode de soufflage chimique".

Le graphène est un matériau ultrafin. C'est une forme de carbone mais possède des propriétés uniques qui ne peuvent pas être trouvées dans d'autres matériaux carbonés tels que le graphite, diamant et nanotube de carbone. Les scientifiques qui ont découvert ce matériau ont reçu le prix Nobel de physique en 2010. Bien que l'on s'attend à ce que son application fleurisse, il est encore difficile de réaliser une structure de graphène 3D fiable, ce qui est nécessaire pour surmonter la faible connexion inter-feuilles, faible surface spécifique et résistance mécanique insuffisante des produits normaux de graphène. De nombreux chercheurs ont tenté de fabriquer du graphène 3D mais n'y sont pas parvenus sans détériorer ses propriétés.

Le groupe de recherche a réussi pour la première fois au monde à fabriquer des produits en graphène 3D, en appliquant une innovation, méthode inédite inspirée de l'art du sucre soufflé, qu'ils appellent la "méthode de soufflage chimique" ou uniquement "méthode de soufflage du sucre". Dans cette méthode, le glucose et le sel d'ammonium sont mélangés et chauffés à environ 250°C, grâce auquel des polymères dérivés du glucose peuvent être obtenus. Les gaz d'ammoniac libérés "soufflent" les polymères en créant une pression de l'intérieur, générant un certain nombre de petites bulles de polymère de quelques dizaines de microns. Parallèlement, un cadre pour stabiliser la structure est formé et un produit avec une structure 3D étayée est fabriqué. Après ça, ce produit est encore chauffé à 1, 350°C pour transformer les parois polymères en graphène. Le produit final de graphène 3D a une structure dans laquelle le graphène est collé à un cadre structurellement stable fait de fines entretoises, spécialement nommé comme « graphène à entretoises ». Cette "méthode de soufflage chimique" est une méthode innovante pour fabriquer rapidement des produits en graphène avec une structure 3D, facilement et à moindre coût.

Les condensateurs électrochimiques avec des électrodes constituées des produits de graphène 3D à entretoises développés dans cette recherche peuvent atteindre une densité de puissance spécifique élevée. Les nouveaux produits devraient être largement utilisés comme matériaux de condensateurs hautes performances dans les dispositifs de charge et de décharge rapides des véhicules électroniques et électriques portables et le lancement électromagnétique des aéronefs. La "méthode de soufflage chimique" sera également largement disponible en tant que nouvelle méthode pour fabriquer des membranes ultrafines plus que des graphènes.

Les résultats de la recherche ont été publiés comme une réalisation du World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), dans la version en ligne d'un magazine scientifique britannique, Communication Nature , le 16 décembre, 2013.