Прес съобщение Пътуването е целта
Снимка: CAU/Claudia Eulitz
„Ликуване“, Матиас Мекленбург побърза към професор Карл Шулте. Причината за неговата еуфория: Младият учен току-що откри промяна в изследвания материал под микроскоп, което даде на докторанта на Хамбургския държавен клъстер за върхови постижения „Интегрирани материални системи“ новаторска идея. Това беше един ден през септември 2010 г. Тази седмица докторантът и неговият докторант професор Карл Шулте, заедно със своите колеги от екипа от учени, ръководени от професор Райнер Аделунг от Университета Кристиан Албрехтс в Кил (CAU), имат най-лекия материал в света Представен свят: „аерографитът“. Сензационните резултати от научните изследвания на учените от Хамбург и Кил са историята на корицата в специализираното списание "Advanced Materials" (3 юли) и оттогава са заглавие в медиите в цялата страна. Аерографитът може да бъде полезен за електрически автомобили и електронни велосипеди, а използването му в авиацията и сателитната електроника и за пречистване на вода също е възможно.
Съвпадение или резултат от целенасочено търсене? „Търсихме триизмерно свързани мрежи от въглерод и тогава открихме този материал“, казва Шулте. Известният изследовател на материали принадлежи към групата на учените, които също провеждат фундаментални изследвания на иновативни материали в съвместната изследователска област "Персонализирани многомащабни материални системи", одобрена от Германската изследователска фондация в TUHH през май.
"Нашето развитие предизвиква оживени дискусии в научните среди. Аерографитът е повече от четири пъти по-лек от предишния световен рекордьор", казва младият учен Матиас Мекленбург. Този никелов материал, който беше представен преди шест месеца и се считаше за най-лекия материал до настоящата публикация, също се състоеше от малка система тръби. Обаче от самото начало никелът има по-голямо атомно тегло. „Можем също да произвеждаме тръби, които се състоят от порести стени и следователно са изключително леки“, добавя Арним Шухард, съавтор и докторант в CAU. Анализаторите от Кил професор Лоренц Киенле и д-р. Дешифриране на Андрий Лотник с помощта на трансмисионния електронен микроскоп.
„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. средство за постигане на целта. Екипът на CAU, състоящ се от Arnim Schuchardt, Rainer Adelung, Yogendra Mishra и Sören Kaps, използва прахообразен цинков оксид за производството на шаблона. Те донесоха това в кристална форма, като го нагреха 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, наречени тетраподи (виж, например, фигура 4), 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.
Матиас Мекленбург, Йогендра Кумар Мишра, Арним Шурхардт, Лоренц Киенле, Карл Шулте, Серен Капс, Райнер Аделунг. (не е на снимката: съавтор Андрий Лотник).
Снимка: CAU/Claudia Eulitz
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 с дебелина само няколко атомни слоя, създавайки вродената мрежова структура на аерографита. Водородът, доставен едновременно, реагира с кислорода в цинковия оксид. Водната пара 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 изваждаме цинка в процеса си, толкова по-дупчиви са стените на тръбите и материалът става по-лек. Все още има много свобода на действие." А колегата му Шухард от Кил добавя: „Хубавото 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“.
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. Авторите вече очертаха това използване в наскоро публикуваната си публикация. 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.
Учените виждат допълнителни приложения в правенето на електропроводими непроводими пластмаси с помощта на аерографит, без те да наддават на тегло. Това избягва статични заряди, които са често срещани в ежедневието.
Броят на допълнителните приложения за най-лекия материал в света е ограничен само от въображението на учените. Веднага след като аерографитът стана известен, идеите също искряха сред колеги от различни отдели. Обмисля се използването в авиацията и сателитната електроника, тъй като те трябва да могат да издържат на особено големи вибрации. Материалът има и голям потенциал за пречистване на водата. Като сорбент за устойчиви водни замърсители, той може да се окисли електрохимично, т.е. да се разложи и по този начин да ги разгради. Предимствата на аерографита, механичната стабилност, електрическата проводимост и голямата повърхност ще влязат в сила. Тези предимства са полезни и при потенциално почистване на външния въздух за инкубатори или вентилатори.
В момента все още се извършват основни изследвания. Може да отнеме още десет до 30 години, преди те да бъдат използвани в индустриалното производство.
Повече информация на:
Оригинална публикация: „Аерографит: ултра лек, гъвкав наностен, въглероден микротрубен материал с изключителни механични характеристики“; DOI: 10.1002/adma.201200491
Илюстрации и други материали са достъпни за изтегляне:
Надпис: Илюстрацията показва раздел с електронен микроскоп на най-лекия материал в света: аерографит. Отворените въглеродни тръби образуват фина мрежа и по този начин позволяват ниска плътност до 0,2 милиграма на кубичен сантиметър.
Надпис: В реактора при температури над 760 градуса по Целзий излиза газообразен цинк и водни пари. На снимката: Цинковият оксид все още може да се види в тъмните области. Това, което остава, е графитната обвивка (светли области).
Надпис: По време на процеса на създаване, така нареченият жертвен шаблон, кристалният цинков оксид (тук ярко бял), се разлага от водорода. Изтичане на водни пари и цинк. Тръбите на аерографита остават.
Надпис: Тетраподите от цинков оксид формират идеалната основа за здравия материал аерографит.
Надпис: Почти завършеният аерографит: Очарователни конструкции с невероятен потенциал, например при производството на батерии.
Надпис: Аерографитът е водоотблъскващ, по-черен от черния (в момента се изследва) и електропроводим.
Надпис: 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).
Надпис: 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.
Повече снимки от представянето на аерографита ще бъдат предоставени след пресконференцията.