211service.com
Jak zrobić papier grafenowy
Włókna węglowe zostały opracowane w latach 50. XX wieku i od tego czasu pomogły zrewolucjonizować projektowanie, produkcję i osiągi wszystkiego, od jachtów i samolotów po samochody i rowery.
Teraz, 60 lat później, wygląda na to, że nowy materiał będzie miał podobny wpływ: papier grafenowy.
Na razie grafen można wytwarzać tylko w małych skrawkach. Tak więc sztuczka polegająca na zwiększaniu skali polega na znalezieniu sposobów na ułożenie tych arkuszy w stos i połączenie ich ze sobą, aby uzyskać coś większego. Problem w tym, że nikt jeszcze nie poradził sobie z tym wyczynem.
Dziś Yilun Liu i koledzy z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie obliczają na podstawie pierwszych zasad, jak taki materiał może wyglądać.
Sztuczka w zwiększeniu wytrzymałości papieru grafenowego polega na znalezieniu sposobów na łączenie małych arkuszy grafenu od końca do końca, aby uzyskać większy arkusz, ale także na łączenie warstw razem za pomocą wiązań między nimi. Wiele materiałów biologicznych wykorzystuje tę samą sztuczkę, aby zwiększyć swoją wytrzymałość, materiały takie jak kości, zęby i masa perłowa.
Oczywiście materiały te są tak mocne, jak ich najsłabsze ogniwo. Tak więc Yilun i spółka obliczyli, jakiej siły możemy oczekiwać od papieru grafenowego.
Ich odpowiedź jest taka, że zależy to od rodzaju wiązań poprzecznych, ich siły, liczby i tego, czy po rozbiciu szybko się odbudowują, jak robią to grupy epoksydowe i hydroksylowe.
Takie podejście pozwala inżynierom odpowiednio zaprojektować materiał. W rzeczywistości nowy model może być wykorzystany również do projektowania innych papierów, dzięki czemu możliwe będzie poprawienie właściwości wszelkiego rodzaju cienkich, warstwowych arkuszy.
Model Yilun i spółka dostarcza wielu interesujących przewidywań. Na przykład mówi się, że powiązania między warstwami grafenu zwiększą odległość między nimi, zmniejszając w ten sposób gęstość do około połowy gęstości grafitu. Dzięki temu papier grafenowy będzie nie tylko mocny, ale również bardzo lekki.
Wszystko, czego teraz potrzebuje, to ktoś, kto pójdzie dalej i stworzy arkusz tego materiału. A jeśli pewnego dnia uda się to zrobić dość tanio i łatwo, zobaczymy to wszędzie – zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz naszych ciał.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1105.0138 : Właściwości mechaniczne papierów grafenowych
Możesz teraz śledzić blog Fizyki arXiv na Świergot