ایجاد ساختار سه بعدی گرافنی کاری دشوار و پرهزینه است. محققان ژاپنی روشی ساده و ارزان برای ایجاد ساختار سه بعدی گرافن ارائه کردند که برای ساخت آن از گلوکز و نمک آمونیوم استفاده می‌شود.
تبدیل گلوکز به ساختار سه بعدی گرافنی
محققان ژاپنی موسسه ملی علوم مواد با استفاده از هنر دمیدن در ابرمولکول شکر و حرارت دادن به آن، موفق به ایجاد ساختار سه بعدی گرافنی شدند؛ به این روش دمیدن شیمیایی گفته می‌شود.
رهبر این تیم تحقیقاتی یوشیو باندو بوده که با استفاده از ماده اولیه شکر موفق به ارائه ساختار سه بعدی گرافنی شده‌است. گرافن ساختار ویژه‌ای از کربن است که خواص منحصربه فردی دارد. دو دانشمند بریتانیایی که این ماده را کشف کردند در سال ۲۰۱۰ موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک شدند. بعد از کشف گرافن، پتانسیل‌های آن در حوزه‌های مختلف مشخص شد اما به دلیل دشواری‌های موجود در مسیر ساخت گرافن‌های سه بعدی پیچیده، کاربردهای این ماده با دشواری‌هایی همراه بوده است؛ برای رفع این مشکلات باید روشی برای اتصال ورق‌های گرافنی به یکدیگر پیدا می‌شد، همچنین استحکام مکانیکی این ساختار‌ها باید افزایش می‌یافت. تلاش‌های متعددی برای ایجاد ساختار سه بعدی گرافنی انجام شد اما بیشتر آنها با شکست همراه بود زیرا معمولا این روش‌ها موجب زوال برخی خواص گرافن می‌شد یا غالبا این روش‌ها از تکرارپذیری اندکی برخوردار بودند.
این گروه تحقیقاتی با روشی جدید که پیش از این مورد استفاده قرار نگرفته بود ساختار سه بعدی گرافنی ایجاد کردند. در این روش، کلوگز و نمک آمونیوم با هم ترکیب شده و تا دمای ۲۵۰ سانتیگراد حرارت داده می‌شوند که در نهایت موجب تشکیل پلیمری از مشتقات گلوکز می‌شود. گاز آمونیاک که در این فرآیند ایجاد می‌شود موجب دمیدن پلیمر شده و ساختار آن را متورم می‌کند. حباب‌های تشکیل شده ابعادی در حدود چند میکرون دارد و از پایداری قابل توجهی نیز برخوردار هستند. در قدم بعد، این حباب‌ها در معرض دمای ۱۳۵۰ درجه سانتیگراد قرار می‌‌گیرند تا دیواره پلیمر به گرافن تبدیل شود. این روش بسیار سریع، ارزان و ساده است.
محققان از این ساختار سه بعدی برای تولید خازن و الکترود استفاده کردند، نتایج نشان داد که این ادوات عملکرد بسیار خوبی دارند و می‌توان برای ساخت دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل از این خازن‌ها استفاده کرد. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.
