Les scientifiques de l'Université Rice ont transformé le bois en conducteur électrique en transformant sa surface en graphène.

Le chimiste du riz James Tour et ses collègues ont utilisé un laser pour noircir un motif de film mince sur un bloc de pin. Le motif est du graphène induit par laser (LIG), une forme de matériau carboné très fin découvert à Rice en 2014.

"C'est une union de l'archaïque avec le nanomatériau le plus récent dans une structure composite unique, ", a déclaré la tournée.

La découverte est détaillée ce mois-ci dans Matériaux avancés .

Les itérations précédentes de LIG ont été faites en chauffant la surface d'une feuille de polyimide, un plastique pas cher, avec un laser. Plutôt qu'une feuille plate d'atomes de carbone hexagonaux, LIG est une mousse de feuilles de graphène avec un bord attaché à la surface sous-jacente et des bords chimiquement actifs exposés à l'air.

Pas n'importe quel polyimide produirait du LIG, et certains bois sont préférés à d'autres, Tour dit. L'équipe de recherche dirigée par les étudiants diplômés de Rice Ruquan Ye et Yieu Chyan a essayé le bouleau et le chêne, mais a découvert que la structure lignocellulosique réticulée du pin le rendait meilleur pour la production de graphène de haute qualité que les bois à faible teneur en lignine. La lignine est le polymère organique complexe qui forme les parois cellulaires rigides du bois.

Ye a déclaré que la transformation du bois en graphène ouvre de nouvelles voies pour la synthèse de LIG à partir de matériaux non polyimides. "Pour certaines applications, telles que l'impression au graphène en trois dimensions, le polyimide peut ne pas être un substrat idéal, " dit-il. " De plus, le bois est abondant et renouvelable.

Comme pour le polyimide, le processus se déroule avec un laser industriel standard à température et pression ambiantes et dans une atmosphère inerte d'argon ou d'hydrogène. Sans oxygène, la chaleur du laser ne brûle pas le pin mais transforme la surface en flocons ridés de mousse de graphène liés à la surface du bois. La modification de la puissance du laser a également modifié la composition chimique et la stabilité thermique du LIG résultant. A 70 pour cent de puissance, le laser a produit la plus haute qualité de ce qu'ils ont surnommé "P-LIG, " où le P signifie " pin ".

Le laboratoire est allé plus loin dans sa découverte en transformant la P-LIG en électrodes pour diviser l'eau en hydrogène et en oxygène et en supercondensateurs pour le stockage d'énergie. Pour le premier, ils ont déposé des couches de cobalt et de phosphore ou de nickel et de fer sur du P-LIG pour fabriquer une paire d'électrocatalyseurs avec des surfaces élevées qui se sont avérées durables et efficaces.

Le dépôt de polyaniline sur P-LIG l'a transformé en un supercondensateur de stockage d'énergie doté de mesures de performance utilisables, Tour dit.

"Il y a plus d'applications à explorer, " Y a dit. " Par exemple, nous pourrions utiliser P-LIG dans l'intégration de l'énergie solaire pour la photosynthèse. Nous pensons que cette découverte incitera les scientifiques à réfléchir à la manière dont nous pourrions transformer les ressources naturelles qui nous entourent en matériaux plus fonctionnels. »

Tour a vu un avantage environnemental plus immédiat de l'électronique biodégradable.

"Le graphène est une fine feuille d'un minéral naturel, graphite, nous le renverrions donc au sol d'où il est venu avec la plate-forme en bois plutôt que dans une décharge pleine de pièces électroniques. »