Aerografiitti

Aerographite on synteettinen vaahto , joka koostuu hiiliputkimaisista kuiduista . Materiaalin tiheys on 0,18 mg / cm 3 (0,18 kg / m 3 ), joten voimme kutsua tätä materiaalia yhdeksi tämän päivän kevyimmistä. Aerographiitin on kehittänyt Christian Albrechtin yliopiston ja Hampurin teknillisen yliopiston yhteinen tiimi. Ensimmäinen raportti uudesta materiaalista julkaistiin kesäkuussa 2012.

Rakenne ja ominaisuudet

Aerografiitti on mustaa materiaalia, joka voi ottaa erilaisia ​​muotoja, yleensä muutaman kuutiosenttimetrin tilavuudeltaan. Sen rakenne on halkaisijaltaan muutaman mikronin hiiliputkien yhteenliitetty verkko , jonka seinämän paksuus on noin 15 nm. Suhteellisen pienemmän kaarevuuden ja suuremman seinämän paksuuden vuoksi nämä putket eivät ole ominaisuuksiltaan niinkään samanlaisia ​​grafeenin kaltaisten hiilinanoputkikennojen kuin lasimaisen hiilen kanssa . Putkien seinät ovat usein epäjatkuvia, niissä on taittuneet alueet, mikä lisää airbrushin elastisuutta . Aerografiitin hiiliatomien välisillä sidoksilla on sp 2 -luonne , mikä vahvistettiin elektronien ominaisenergiahäviön spektroskopialla ja sähköresistiivisyyden mittauksella . Ulkoisen puristuksen vaikutuksesta sähkönjohtavuus kasvaa arvosta 0,3 S/m arvoon 0,8 S/m ja tiheys arvosta 0,18 mg/cm3 arvoon 0,2 mg/ cm3 . Ja puristetussa tilassa nämä luvut voivat olla 37 S / m tiheydellä 50 mg / cm 3 . Yhdistettyjen putkien rakenteensa ansiosta airgrafiitti kestää venymistä paremmin kuin muut huokoiset materiaalit, kuten piiaerogeelit . Se kestää merkittäviä elastisia muodonmuutoksia ja sillä on erittäin alhainen Poissonin suhde . 3 mm:n näyte säilyttää alkuperäisen muotonsa myös puristettuaan 0,1 mm:iin. Tämän materiaalin vetolujuus riippuu sen puristamisesta ja on 160 kPa tiheydellä 8,5 mg/cm3 ja 1 kPa 0,18 mg/cm3: lla . Vertailun vuoksi aerogeelin vetolujuus on 16 kPa tiheydellä 100 mg/ cm3 . Youngin jännitysmoduuli on noin 15 kPa 0,2 mg/cm3 : ssa, mutta puristuksen osalta se on paljon pienempi ja voi vaihdella 1 kPa:sta 0,2 mg/cm3 : ssa 7 kPa:iin 15 mg/cm3: ssa . Aerografiitilla on superhydrofobisuuden ominaisuus , ja se on myös melko herkkä sähköstaattisille vaikutuksille - materiaalinpalat houkuttelevat varautuneita esineitä.

Haetaan

Aerografiittia saadaan CVD-prosessilla sinkkioksidisubstraatille . Substraatti koostuu mikronin paksuisista puikoista, jotka saadaan sekoittamalla sama määrä sinkkiä ja polyvinyylibutyraalia ja kuumentamalla seos 900 C:een. Aerografiitti syntetisoidaan noin 760 asteen lämpötilassa argonatmosfäärissä , jossa tolueenia on ruiskutetaan hiilen lähteeksi . Ohut (noin 15 nm) epäjatkuva hiilikerros kerrostuu sinkkioksidin päälle, joka syövytetään lisäämällä vetyä reaktiokammioon. Näin ollen muodostunut hiilirakenne toistaa melko tarkasti sinkkioksidisubstraatin rakenteen.

Mahdolliset sovellukset

Aerografiittielektrodeja on testattu ionistorien valmistuksessa . Materiaali sietää hyvin mekaanisia iskuja, jotka liittyvät lataus-purkaussykleihin ja elektrolyytin kiteytymiseen (joka tapahtuu, kun liuotin haihtuu). Tällaisten elektrodien sähkökapasiteetti on 1,25 W*h/kg, mikä on verrattavissa hiilinanoputkielektrodien vastaavaan (2,3 W*h/kg).

Lähteet

• Mecklenburg, Matthias; Schuchardt, Arnim; Mishra, Yogendra Kumar; Kaps, Soren; Adelung, Rainer; Lotnyk, Andriy; Kienle, Lorenz; Schulte, Karl. Aerographite: Ultrakevyt, joustava nanoseinä, hiilimikroputkimateriaali, jolla on erinomainen mekaaninen suorituskyky  //  Kehittyneet materiaalit : päiväkirja. - 2012. - Vol. 24 , ei. 26 . - P. 3486-3490 . - doi : 10.1002/adma.201200491 . — PMID 22688858 .