Aerografit kolejny materiał przyszłości

Aerografit to syntetyczna pianka, która zbudowana jest z sieci połączonych se sobą, pustych wewnątrz nanorurek węgla. Ten materiał o gęstości 180 g/m³ (ok 0,2 mg/cm³) jest jednym z najlżejszych materiałów konstrukcyjnych, jakie kiedykolwiek stworzono.

Materiał został opracowany przez zespoły naukowców z uniwersytetów w Kiel i Hamburgu w Niemczech. Pierwsze wzmianki w czasopismach naukowych na temat aerografitu pojawiły się w czerwcu 2012 roku.

Jest 75-krotnie lżejszy od pianki styropianowej. Materiał, jest matowo czarny, nieprzezroczysty i elastyczy. zachowuje stabilność i przewodnictwo elektryczne. Jego struktura zbudowana jest z nanorurek węglowych, ukształtowanych trójwymiarowo, których ścianka ma grubość ok. 15nm. Ze względu na inny krzywizny powierzchni oraz grubsze ścianki rurki rożnią się od rurek grafenowych.

Wiązania pomiędzy atomami węgla w aeorgraficie mają charakter sp2, a jego przewodność rośnie wraz z gęstością.

Według profesora Rainera Adelunga z Kiel, może zostać ściśnięty o 95 proc. w stosunku do początkowej objętości i wróci do kształtu pierwotnego bez żadnych uszkodzeń. Ma niski współczynnik Poissona. Oznacza to, że jest materiałem o większej trwałości i wytrzymałości niż stosowane dotychczas materiały superlekkie. Absorbuje przy tym całkowicie światło, nie odbijając go, co czyni aerografit idealnym pokryciem.

aerografit

Zdjęcie SEM morfologii sieci aerografitu wykonane przez naukowców z Hamburga i Kilonii.

Dzięki swojej konstrukcji (rurki połączone w sieci), aerografit posiada znacznie lepsze właściwości mechaniczne niż inne pianki węglowe czy aerożele krzemionkowe. Po ściśnięciu próbki o wysokości 3mm do 0.1 mm jest możliwe całkowite odtworzenie pierwotnego kształtu. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi 160 kPa przy gęstości 8,5mg/cm³ oraz 1kPa przy 0,18 mg/cm³. Dla porównania aerożele krzemionkowe posiadają wytrzymałość 16 kPa przy 100 mg/cm³.

Moduł Younga wynosi 15 kPa przy 0,2 mg/cm³ gdy materiał jest skompresowany. Aerografit jest materiałem superhydrofobowym, jest tez dość wrażliwy na pole elektrostatyczne.

Materiał wytwarzany jest metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Tlenek cynku używany jako szablon dla rurek rozgrzewany jest do 900°C, do chwili powstania frakcji krystalicznych. w temperaturze. 760°C dodawany jest toluen w postaci par czystego węgla, tak, aby na szkielecie ZnO wytworzyła się cienka warstwa grafitowa. Następnie do reaktora wtłoczony został wodór, reagujący z tlenem w tlenku cynku. Produktami tej reakcji były para wodna oraz cynk. w efekcie powstawał elastyczny szkielet z nanorurek z pojedynczymi atomami cynku. Im mniejsza ilość cynku pozostawała w materiale tym, lżejsze i bardziej porowate były nanorurki tworzące jego szkielet.

Materiał może zostać wykorzystwany do budowy bateri Li-Ion. Jego zastosowanie pozwoli na znaczne zmniejszenie ilości stosowanego elektrolitu, co wpływa na zmniejszenie wagi. Duża elastyczność przy małej wadze oraz przewodnictwie elektrycznym, pozwala na zasotsowanie np. samolotach i robotach.

Źródło:
[1] Mecklenburg, Matthias; Schuchardt, Arnim; Mishra, Yogendra Kumar; Kaps, Sören; Adelung, Rainer; Lotnyk, Andriy; Kienle, Lorenz; Schulte, Karl (2012). “Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance”. Advanced Materials 24
[2] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201200491/abstract | 29.06.2013
[3] http://nextbigfuture.com/2012/07/aerographite-is-lightest-material.html |29.06.2013
[4] http://www.aerogel.org/?p=2022 | 29.06.2013
[5] TUHH CAU newexampleAerographite Netwok by Free2KnowFree2Think, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *