Des chercheurs de l'Université Rice ont consolidé le graphène fonctionnalisé à température ambiante en écrasant d'abord la poudre de graphène, puis en la pressant en pastilles. Modification chimique de la poudre de graphène avec du carbone, l'oxygène et l'hydrogène ont fourni un moyen de lier le graphène en un solide tridimensionnel sous pression. Crédit :Ajayan Research Group/Rice University
Il est facile et économique de fabriquer des pastilles brillantes de graphite à partir de graphène fonctionnalisé, selon les scientifiques de l'Université Rice.
Un rapport en Carbone montre comment la poudre de graphène chimiquement modifiée peut être pressée en un poids léger, solide semi-poreux qui conserve bon nombre des qualités fortes et conductrices du graphite, la forme du carbone trouvé dans les crayons, lubrifiants et de nombreux autres produits qui nécessitent normalement un traitement à haute température.
Mohamed Kabbani, un ancien étudiant diplômé du scientifique des matériaux de riz Pulickel Ajayan et auteur principal de l'article, a démontré le respect de l'environnement, Le processus évolutif peut être effectué en quelques minutes à la main en broyant du graphène chimiquement modifié en une poudre et en utilisant une presse manuelle pour presser la poudre en une pastille solide.
Kabbani a précédemment montré comment les nanotubes de carbone pouvaient être transformés en graphène avec un mortier et un pilon plutôt que des produits chimiques agressifs. Cette fois, lui et ses collègues ont montré comment fabriquer une pastille de la taille d'une batterie, mais les poudres de graphène auxquelles sont attachées des fonctionnalités chimiques peuvent être pressées sous n'importe quelle forme. Kabbani a déclaré que le matériau pourrait convenir à la structure, catalytique, applications électrochimiques et électroniques.
"C'est la première fois que quelqu'un les fait à température ambiante et sans très haute pression, ", a-t-il déclaré. "Habituellement, ce type de matériaux nécessite un frittage (un processus qui utilise la pression ou la chaleur pour former des solides sans les faire fondre) à des températures supérieures à 1, 000 degrés Celsius pour produire des granulés solides. Dans ce cas, la mécanochimie à l'échelle nanométrique nous a permis d'économiser beaucoup d'énergie et d'argent."
Le processus a commencé avec deux ensembles de nanotubes fonctionnalisés, l'un avec de l'acide carboxylique et l'autre avec des molécules hydroxyles. Une fois broyés pour les combiner soit à la main soit à la machine, ils sont placés dans une presse hydraulique de laboratoire et soumis à 5 tonnes de pression. Les groupes fonctionnels ont réticulé les feuilles de graphène entre elles, et même si aucun liquide n'était impliqué, ils ont produit une infime quantité d'eau comme sous-produit de la réaction, dit Kabbani.
Les images au microscope électronique à balayage montrent des flocons de graphène avant compression, à gauche, avec des flocons individuels décrits, et des feuilles de graphène bien connectées après compression à droite. La barre d'échelle est de 20 nanomètres. Crédit :Ajayan Research Group/Rice University
Les pastilles sont restées stables lorsqu'elles ont été placées dans de l'eau chaude pendant cinq heures, même lorsqu'il est agité ; cela a confirmé l'imbrication des feuilles de graphène à l'intérieur, les chercheurs ont rapporté.
La combinaison de poids léger, une résistance élevée et une conductivité élevée sont attrayantes pour des applications telles que les câbles conducteurs et les électrodes, dit Kabbani. "Le matériau de la pastille est plus résistant et plus léger que les électrodes en graphite du commerce et pourrait être prometteur pour les applications de stockage électrique avec des densités d'énergie et de puissance élevées, " il a dit.
Une pastille de graphite fabriquée à la main à partir de poudre de graphène broyée. Le fort, les pastilles lumineuses développées à l'Université Rice sont prometteuses pour les applications électroniques et catalytiques. Crédit :Université Rice
