Китайский ученый сделал графеновую бумагу прозрачной

Использование бумаги FFT-GP на основе графена позволит повысить емкость суперконденсаторов. Основные преимущества нового материала – прозрачность, гибкость, высокая электропроводность и значительная площадь поверхности. Пока лишь некоторые непрозрачные углеродные конденсаторы по емкости обходят гибкую и прозрачную графеновую бумагу.
Китайский ученый сделал графеновую бумагу прозрачной

Ченкжин Вонг (Chengxin Wang), профессор Университета Сунь Ят-сена (Гуанчжоу, Китай), отмечает, что отдельный лист гибкой и прозрачной бумаги FFT-GP из графена был синтезирован впервые, причем его емкость в 1000 раз выше, чем у ламинированных и шероховатых конденсаторных пленок на графеновой основе, созданных путем химического напыления. Кроме того, бумага по емкости в 10 раз превосходит суперконденсаторы, которые были созданы на основе чистых углеродных материалов.

Улучшение производительности было достигнуто в основном за счет использования призмоподобных графеновых блоков, из которых и создана FFT-GP. Полые структуры из призмоподобного графена обеспечивают прозрачность бумаги и дают дополнительное пространство для протекания химических реакций. Кроме того, связанные и выровненные призмоподобные структуры обеспечивают открытые трассы для электронов и ионов, и более быстрое перенесение заряда способствует общему повышению производительности.

Основная сложность в создании FFT-GP заключалась в том, что графеновые листы обладали значительной хрупкостью. Для укрепления их структуры ученые использовали порошок хлорида натрия (фактически это измельченная пищевая соль) в качестве шаблона для роста кристалла. Применяя метод микроволнового плазменно-химического осаждения из паровой фазы, они смоделировали «атмосферу плазмы» из хлорида натрия, углерода и водорода. В финале процесса хлорид натрия рекристаллизировался на кремниевой подложке, причем его кристаллы сохраняли шаблон, который мог быть удален с основания с помощью лезвия бритвы.
Китайский ученый сделал графеновую бумагу прозрачной
Китайский ученый сделал графеновую бумагу прозрачной

Хотя бумага FFT-GP всё же обладает тисненой фактурой и имеет светло-коричневый цвет, исследователи доказали, что она может выдержать до 1000 циклов изгиба и растяжения с минимальной потерей мощности, при этом продолжая четко передавать свет. Чтобы доказать прозрачность материала, они также продемонстрировали экран, созданный из двух интегрированных листов FFT-GP, расположив его над экраном смартфона и подключив к нему светодиоды.

На основе FFT-GP предполагается создать прозрачные и растяжимые солнечные батареи, экраны, которые можно будет сворачивать, самозаряжаемую носимую электронику. Полая структура графеновых призм актуальна и для решения других задач, к примеру, для накопления большего количества световой энергии красителями для солнечных батарей.

Вонг отмечает, что призмоподобные структуры улучшают адсорбцию красителя, повышают его светозахватывающую способность, а также качество рассеивания света. Преимущество FFT-GP в сравнении с другими материалами на основе графена состоит в том, что они обладают большей энергетической плотностью и могут использоваться в создании анодов для литий-ионных батарей, а позднее – и в изготовлении твердотельных литий-ионных солнечных аккумуляторов.