Аерографит 75 пъти по-лек от стиропор

17.07.2012 г. - световен рекорд - най-лекият материал в света идва от Северна Германия.

Той е катранено черен, стабилен, електропроводим, ковък и непрозрачен - със своите уникални свойства и ниска плътност въглеродният материал „аерографит“ превъзхожда всички свои конкуренти. „Нашето развитие предизвиква оживени дискусии в научните среди. Аерографитът е повече от четири пъти по-лек от предишния световен рекордьор “, казва доволният Матиас Мекленбург от Техническия университет в Хамбург-Харбург (TUHH). Представеният преди шест месеца никелов материал също се състои от малка система тръби. Обаче от самото начало никелът има по-голямо атомно тегло. „Можем да произвеждаме и тръби, които се състоят от порести стени и следователно са изключително леки“, добавя Арним Шухардт от Университета на Кристиан Албрехтс в Кил (CAU). Анализаторите от Кил Лоренц Киенле и Андрий Лотник успяха да дешифрират атомната структура на материала с помощта на променлива електронна микроскопия.

по-лек

Фиг.: Тетраподите на цинков оксид формират идеалната основа за аерографит. (Изображение: TUHH)

Въпреки ниската плътност от 0,2 милиграма на кубичен сантиметър, аерографитът е много устойчив. Докато леките материали обикновено могат да издържат на налягане, но не и на опън, аерографитът се характеризира с отличната си стабилност при натиск и опънни натоварвания. Той може да бъде компресиран с до 95 процента и да бъде върнат в първоначалната си форма, казва професорът от Кил Райнер Аделунг: „Аерографитът е дори по-твърд до известна степен и по този начин по-здрав от преди.“ Други материали ще преминат през него такива товари стават все по-слаби и по-нестабилни. „Материалът също така абсорбира почти напълно светлинните лъчи. Може да се каже, че създава най-черното черно “, добавя професор Карл Шулте от Хамбург.

Фиг.: По време на процеса на създаване, жертвеният шаблон, кристалният цинков оксид (тук ярко бял), се разлага от водород. Изтичане на водни пари и цинк. Тръбите на аерографита остават. (Изображение: TUHH)

„Можете да мислите за аерографита като за бързо растяща мрежа от бръшлян, която се навива около дърво, премахвайки самото дърво“, казва Аделунг, обяснявайки производствения процес. Дървото е т. Нар. „Жертвен шаблон“, т.е. средствата за постигане на целта. Екипът на CAU използва прахообразен цинков оксид за производството си и го трансформира в кристална форма, като го нагрява във фурна при 900 градуса по Целзий.

При по-нататъшна обработка учените от материалите от Кил произвеждат вид таблет. В него завършеният цинков оксид образува микро и наноструктури, тетраподите, които проникват един в друг и по този начин здраво свързват отделните частици, за да образуват порестата таблетка. Тетраподите са мрежата, на основата на която е създаден аерографитът.

Фиг.: В получения аерографит, най-лекият материал в света, отворените въглеродни тръби образуват фина мрежа и по този начин позволяват ниска плътност до 0,2 милиграма на кубичен сантиметър. (Изображение: TUHH)

В следващия етап таблетовидният материал се поставя в реактора при 760 градуса по Целзий за химическо отлагане на пари при TUHH. „В течаща, обогатена с въглерод газова фаза, цинковият оксид е обвит в графитен слой, който е с дебелина само няколко атомни слоя, създавайки вградената мрежова структура на аерографита. Доставеният едновременно водород реагира с кислорода в цинковия оксид. Водните пари и цинкът изтичат като газ “, казва Шулте. Това, което остава, е типично омрежената и тръбна структура на въглерода. Младият учен на TUHH Мекленбург: „Колкото по-бързо извличаме цинка в процеса си, толкова по-дупчиви са стените на тръбите и материалът става по-лек. Все още има много свобода. "А колегата му Шухардт от Кил добавя:„ Страхотното е, че можем да повлияем конкретно на свойствата на аерографита: Ние постоянно координираме формата на шаблона тук в Кил и процеса на отлагане в Хамбург. "

Фиг.: Advanced Materials Vol. 24, Iss. 26 (Wiley-VCH)

Благодарение на специалните материални свойства на аерографита, той може например да бъде идеално адаптиран в литиево-йонни батерии. Това означава, че трябва да се използва само минимално количество електролит на батерията, което трябва да доведе до важно намаляване на теглото на батериите. Тези по-малки батерии могат да се използват в електрически автомобили или електронни велосипеди. По този начин материалът допринася, наред с други неща, за развитието на екологични транспортни средства. Друго приложение би било да се направят непроводящи пластмаси електропроводими, без значително увеличение на теглото. По този начин могат да бъдат избегнати статични заряди, които са познати от ежедневието. Материалът също така обещава голям потенциал за пречистване на водата. Като сорбент за устойчиви замърсители на водата, той може да се окисли електрохимично, т.е. да се разложи и по този начин да ги разгради.

Още информация

  • Оригинална публикация
    M. Mecklenburg et al.: Аерографит: ултра лек, гъвкав наностен, въглероден микротрубен материал с изключителни механични характеристики, Adv. 24, 3486-3490 (2012); DOI: 10.1002/adma.201200491
  • Синтез и реална структура (L. Kienle), Институт по материалознание, CAU Kiel
  • Аерографит: Синтез на 3D мрежови графитни структури (TUHH)

Аерографитът може да се компресира до 95 процента и след това да се раздели отново. За разлика от други материали, това дори го прави все по-твърд (диаметър девет милиметра):

Много малките маси на аерографита позволяват много бързи промени в посоката. Първо се изправя, след това скача върху пластмасовия прът и обратно на масата: ето как Aerographite улавя заряда от пръчката и го прехвърля на масата.