Les chercheurs d'Umeå montrent comment le graphène activé, les charbons actifs et autres charbons hydrophobes peuvent être dispersés dans l'eau sous forme de particules micrométriques. L'agent clé qui aide à faire durer ces dispersions pendant des jours est la forme oxydée du graphène appelée oxyde de graphène. Les auteurs ont déposé un brevet pour le procédé de préparation de dispersions.

Graphène, graphite, les charbons actifs sont des formes de charbon assez différentes, mais ce qui leur est commun, ce sont leurs propriétés hydrophobes. Il est impossible de dissoudre ou de disperser ces matières directement dans l'eau. D'autre part, l'utilisation de dispersions ou de solutions pour de nombreuses applications est un gros avantage. Idéalement, on peut pulvériser ou peindre une dispersion de graphène sur une feuille de métal et préparer par ex. matériau d'électrode par simple séchage.

Les scientifiques recherchent depuis de nombreuses années de bonnes méthodes pour préparer des dispersions à l'aide de matériaux liés au graphène. La méthode la plus courante disponible à ce jour consiste à utiliser des solvants organiques et un traitement mécanique très puissant, par exemple. sonication pendant longtemps. Cependant, les solvants organiques sont souvent toxiques alors que le traitement mécanique est non seulement consommateur de temps et d'énergie mais introduit également de nombreux défauts, qui affectent négativement la conductivité des feuilles de graphène.

Des chercheurs de l'Université d'Umeå ont trouvé une solution simple et écologique au problème :forme oxydée de graphène, oxyde de graphène, est hydrophile et facile à disperser dans l'eau.

"Ce que nous avons découvert, c'est que des dispersions aqueuses stables peuvent être préparées en ajoutant une certaine quantité d'oxyde de graphène à divers carbones hydrophobes, " dit Alexandr Talyzine, Professeur agrégé au Département de physique de l'Université d'Umeå.

Son équipe de physiciens a testé la méthode en utilisant des carbones à grande surface comme le graphène, graphène activé, charbons poreux ou actifs. Les dispersions étaient stables et n'ont pas précipité même après des jours de stockage en rayon. Lorsqu'ils ont ajouté des nanotubes de carbone dans la dispersion, il semblait être plutôt bon pour la préparation d'électrodes de supercondensateurs. La dispersion a été appliquée sur une feuille métallique, séché et chauffé à 200o Celsius. Toutes ces étapes pourraient facilement être évolutives en production industrielle, suggère le chercheur.

"Ce que nous obtenons à la fin est un film mince de matériau d'électrode conducteur avec une surface assez élevée, bonne conductivité et excellentes performances de stockage de l'électricité dans les supercondensateurs. La grande surface spécifique est fournie par les particules de taille micrométrique, par ex. graphène activé, tandis que les nanotubes et l'oxyde de graphène thermiquement réduit assurent un bon contact électrique entre les particules, " dit Alexandr Talyzine.

Les dispersions peuvent également être utiles dans de nombreuses autres applications comme les encres pour l'impression, des revêtements protecteurs, et peintures conductrices.

La recherche est financée par l'EU Graphene Flagship, un énorme projet international visant à mettre le graphène sur le marché. Les chercheurs ont également reçu beaucoup de soutien de l'Université d'Umeå. La méthode de préparation des dispersions de graphène activé semble également valoir la peine d'être brevetée.

« Tout s'est déroulé de manière étonnamment fluide et rapide une fois que j'ai contacté le bureau de l'innovation de l'Université d'Umeå. Nous avons reçu une aide considérable en peu de temps grâce à des experts comme Daniel Hoffman et ses collègues. nous avons pu terminer la demande de brevet."

L'étude est publiée dans Journal des lettres de chimie physique .