Para formar o grafeno amassado, uma folha de material polimérico é esticada em ambas as dimensões, então o papel grafeno é colado a ele. Quando o polímero é liberado em uma direção, o grafeno forma pregas, como mostrado nas imagens inferiores, tiradas com um microscópio eletrônico de varredura (MEV). Então, quando lançado na outra direção, ele forma um padrão caótico amassado (imagens de topo). O par direito de imagens SEM mostra o material em maior ampliação do que as imagens do lado esquerdo.
Quando alguém amassa uma folha de papel, isso geralmente significa que está prestes a ser jogado fora. Mas os pesquisadores descobriram agora que amassar um pedaço de "papel" de grafeno - um material formado pela união de camadas da forma bidimensional de carbono - pode realmente produzir novas propriedades que podem ser úteis para a criação de supercapacitores extremamente extensíveis para armazenar energia para dispositivos eletrônicos.
A descoberta é relatada no jornal Relatórios Científicos por Xuanhe Zhao do MIT, professor assistente de engenharia mecânica e engenharia civil e ambiental, e quatro outros autores. O novo, supercondutores flexíveis devem ser fáceis e baratos de fabricar, a equipe diz.
"Muitas pessoas estão explorando o papel grafeno:é um bom candidato para fazer supercapacitores, por causa de sua grande área de superfície por massa, "Zhao diz. Agora, ele diz, o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos flexíveis, tais como sensores biomédicos usáveis ou implantáveis ou dispositivos de monitoramento, exigirá sistemas de armazenamento de energia flexíveis.
Como baterias, supercapacitores podem armazenar energia elétrica, mas eles fazem isso principalmente eletrostaticamente, em vez de quimicamente - o que significa que eles podem fornecer sua energia mais rápido do que as baterias. Agora Zhao e sua equipe demonstraram que, amassando uma folha de papel grafeno em uma massa caótica de dobras, eles podem fazer um supercapacitor que pode ser facilmente dobrado, guardada, ou esticado até 800 por cento de seu tamanho original. A equipe fez um supercapacitor simples usando este método como uma prova de princípio.
O material pode ser amassado e achatado até 1, 000 vezes, a equipe demonstrou, sem uma perda significativa de desempenho. "O papel grafeno é bastante robusto, "Zhao diz, "e podemos atingir deformações muito grandes em vários ciclos." Grafeno, uma estrutura de carbono puro com apenas um átomo de espessura com seus átomos de carbono dispostos em uma matriz hexagonal, é um dos materiais mais resistentes conhecidos.
Um diagrama do supercapacitor de grafeno amassado (canto superior esquerdo). As camadas superior e inferior são o polímero usado como substrato, as duas camadas escuras são o papel grafeno amassado, e a camada do meio, mostrado em branco, é o hidrogel, usado como um eletrólito. A foto inserida mostra o supercapacitor real, demonstrando como ele pode ser dobrado sem afetar suas propriedades elétricas.
Para fazer o papel de grafeno amassado, uma folha do material foi colocada em um dispositivo mecânico que primeiro a comprimiu em uma direção, criando uma série de dobras ou pregas paralelas, e então na outra direção, levando a um caótico, superfície enrugada. Quando esticado, as dobras do material simplesmente se alisam.
Formar um capacitor requer duas camadas condutoras - neste caso, duas folhas de papel grafeno amassado - com uma camada isolante no meio, que nesta demonstração foi feito de um material de hidrogel. Como o grafeno amassado, o hidrogel é altamente deformável e esticável, assim, as três camadas permanecem em contato mesmo quando são flexionadas e puxadas.
Embora esta demonstração inicial fosse especificamente para fazer um supercapacitor, a mesma técnica de amarrotamento pode ser aplicada a outros usos, Zhao diz. Por exemplo, o material de grafeno amassado pode ser usado como um eletrodo em uma bateria flexível, ou pode ser usado para fazer um sensor extensível para moléculas químicas ou biológicas específicas.
"Este trabalho é realmente emocionante e incrível para mim, "diz Dan Li, um professor de engenharia de materiais na Monash University na Austrália que não esteve envolvido nesta pesquisa. Ele diz que a equipe "fornece um conceito extremamente simples, mas altamente eficaz para fazer eletrodos extensíveis para supercapacitores por meio do amassamento controlado de filmes de grafeno multicamadas." Embora outros grupos tenham feito supercapacitores flexíveis, ele diz, "Tornar supercondensáveis elásticos tem sido um grande desafio. Este artigo fornece uma maneira muito inteligente de enfrentar esse desafio, que acredito que trará os dispositivos de armazenamento de energia vestíveis mais perto. "
Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.
