Para formar el grafeno arrugado, una hoja de material polimérico se estira en ambas dimensiones, luego se le pega papel de grafeno. Cuando el polímero se libera en una dirección, el grafeno forma pliegues, como se muestra en las imágenes inferiores, tomado con un microscopio electrónico de barrido (SEM). Luego, cuando se suelta en la otra dirección, forma un patrón arrugado caótico (imágenes superiores). El par de imágenes SEM de la derecha muestra el material con un aumento mayor que las imágenes de la izquierda.
Cuando alguien arruga una hoja de papel, eso generalmente significa que está a punto de ser desechado. Pero los investigadores ahora han descubierto que arrugar un trozo de "papel" de grafeno, un material formado al unir capas de la forma bidimensional de carbono, en realidad puede producir nuevas propiedades que podrían ser útiles para crear supercondensadores extremadamente estirables para almacenar energía de forma flexible. dispositivos electrónicos.
El hallazgo se informa en la revista. Informes científicos por Xuanhe Zhao del MIT, un profesor asistente de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental, y otros cuatro autores. El nuevo, los superconductores flexibles deben ser fáciles y económicos de fabricar, dice el equipo.
"Mucha gente está explorando el papel de grafeno:es un buen candidato para fabricar supercondensadores, debido a su gran superficie por masa, "Dice Zhao. Ahora, él dice, el desarrollo de dispositivos electrónicos flexibles, como sensores biomédicos portátiles o implantables o dispositivos de monitorización, Requerirá sistemas flexibles de almacenamiento de energía.
Como baterías los supercondensadores pueden almacenar energía eléctrica, pero lo hacen principalmente de forma electrostática, en lugar de químicamente, lo que significa que pueden entregar su energía más rápido que las baterías. Ahora Zhao y su equipo han demostrado que al arrugar una hoja de papel de grafeno en una masa caótica de pliegues, pueden hacer un supercondensador que se puede doblar fácilmente, doblada, o estirado hasta un 800 por ciento de su tamaño original. El equipo ha creado un supercondensador simple utilizando este método como prueba de principio.
El material se puede arrugar y aplanar hasta 1, 000 veces, el equipo ha demostrado, sin una pérdida significativa de rendimiento. "El papel de grafeno es bastante robusto, "Zhao dice, "y podemos lograr deformaciones muy grandes en múltiples ciclos". Grafeno una estructura de carbono puro de solo un átomo de espesor con sus átomos de carbono dispuestos en una matriz hexagonal, es uno de los materiales más resistentes que se conocen.
Un diagrama del supercondensador de grafeno arrugado (arriba a la izquierda). Las capas superior e inferior son el polímero utilizado como sustrato, las dos capas oscuras son el papel de grafeno arrugado, y la capa intermedia, mostrado en blanco, es el hidrogel, utilizado como electrolito. La foto insertada muestra el supercondensador real, demostrando cómo se puede doblar sin afectar sus propiedades eléctricas.
Para hacer el papel de grafeno arrugado, una hoja del material se colocó en un dispositivo mecánico que primero lo comprimió en una dirección, creando una serie de pliegues o pliegues paralelos, y luego en la otra dirección, conduciendo a un caótico, superficie arrugada. Cuando estirado, los pliegues del material simplemente se suavizan.
La formación de un condensador requiere dos capas conductoras; en este caso, dos hojas de papel de grafeno arrugado, con una capa aislante en el medio, que en esta demostración se hizo a partir de un material de hidrogel. Como el grafeno arrugado el hidrogel es altamente deformable y estirable, por lo que las tres capas permanecen en contacto incluso mientras se flexionan y tiran.
Aunque esta demostración inicial fue específicamente para hacer un supercondensador, la misma técnica de arrugado podría aplicarse a otros usos, Dice Zhao. Por ejemplo, el material de grafeno arrugado podría usarse como un electrodo en una batería flexible, o podría usarse para hacer un sensor extensible para moléculas químicas o biológicas específicas.
"Este trabajo es realmente emocionante y sorprendente para mí, "dice Dan Li, profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Monash en Australia que no participó en esta investigación. Él dice que el equipo "proporciona un concepto extremadamente simple pero altamente efectivo para hacer electrodos estirables para supercondensadores mediante el arrugado controlado de películas de grafeno de varias capas". Mientras que otros grupos han fabricado supercondensadores flexibles, él dice, "Hacer que los supercondensadores sean extensibles ha sido un gran desafío. Este documento proporciona una forma muy inteligente de abordar este desafío, lo que creo acercará los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía ".
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.
