Las láminas de grafeno son inmensamente fuertes, ligero y excelente para conducir la electricidad. Teóricamente Los ensamblajes macroscópicos de grafeno tridimensionales deberían conservar las propiedades de las escamas de grafeno a nanoescala. Sin embargo, Los intentos recientes de hacer grafeno 3D han dado como resultado una conductividad débil debido al mal contacto entre las láminas de grafeno. La pérdida de fuerza también es un problema, y el grafeno 3D autoportante aún no se ha producido.

Ahora, Xuebin Wang y Yoshio Bando en el Centro Internacional Premier Mundial de Nanoarquitectónica de Materiales de Japón (WPI-MANA), junto con compañeros de trabajo en Japón y China, han creado una nueva forma de hacer grafeno 3D utilizando burbujas sopladas en una solución de glucosa polimérica. El grafeno 3D resultante es robusto y mantiene una conductividad excelente.

Inspirado en el antiguo arte alimentario del 'azúcar soplado', Bando y su equipo razonaron que los pavoneados, La naturaleza coherente de las burbujas unidas se prestaría a la fuerza y ​​la conductividad si el grafeno pudiera estructurarse de la misma manera. Los investigadores crearon un jarabe de azúcar común y cloruro de amonio. Calentaron el almíbar, generando un polímero a base de glucosa llamado melanoidina, que luego fue soplado en burbujas usando gases liberados por el amonio. El equipo descubrió que el producto final de mejor calidad era el resultado de un equilibrio de descomposición de amonio y polimerización de glucosa iguales durante esta etapa.

A medida que crecían las burbujas el jarabe restante drenado de las paredes de la burbuja, dejando dentro de las intersecciones de tres burbujas. Bajo más calentamiento, desoxidación y deshidrogenación, la melanoidina se grafitizó gradualmente para formar 'grafeno con puntal':una estructura 3D coherente formada por membranas de grafeno unidas por estructuras de puntal de grafeno, que resultó de paredes de burbujas originales y esqueletos interseccionales, respectivamente.

La estructura de la burbuja permite el libre movimiento de electrones en toda la red, lo que significa que el grafeno conserva la conductividad total. No solo esto, pero la resistencia mecánica y la elasticidad del grafeno 3D son extraordinariamente robustas:el equipo pudo comprimirlo hasta el 80% de su tamaño original con poca pérdida de propiedades conductoras o estabilidad.

Tras su descubrimiento, Bando y su equipo produjeron grafeno 3D reforzado a nivel de gramo con un costo de $ 0.5 por gramo en su laboratorio. El de bajo costo, La alta escalabilidad de este nuevo método podría tener muchas aplicaciones en ingeniería y electrónica. De manera selectiva, el producto abundante se aplicó como un supercondensador de gran eficacia; su densidad de potencia máxima es más alta entre los supercondensadores acuosos basados ​​en grafeno 3D, California. 10 ^ 6 W / kg. Esto ilumina un futuro asombroso para la puesta en marcha rápida de vehículos eléctricos y el lanzamiento de aeronaves.