Ultramocny papier z grafenu

Używając grafitu – czarnego łuszczącego się materiału stosowanego w ołówkach – naukowcy z Northwestern University stworzyli mocny, elastyczny i lekki materiał przypominający papier. Może być stosowany jako elektrolity lub materiały magazynujące wodór w ogniwach paliwowych, elektrody w superkondensatorach i akumulatorach oraz supercienkie filtry chemiczne. Można go również mieszać z polimerami lub metalami, aby uzyskać materiały do ​​użytku w kadłubach samolotów, samochodach i budynkach.

Właściwe rzeczy: Naukowcy z Northwestern University ponownie złożyli arkusze grafenu o grubości jednego atomu, które tworzą miękkie i łuszczące się kryształy grafitu, aby stworzyć wytrzymały, elastyczny materiał przypominający papier.

Nowy materiał składa się z nakładających się warstw grafenu, grubych na jeden atom arkuszy atomów węgla ułożonych w sześciokąty przypominające plaster miodu. Natomiast grafit, który pod wpływem nacisku staje się pudrowy, powstaje z arkuszy grafenu ułożonych jeden na drugim.

Rodney Ruoff , profesor nanoinżynierii z Northwestern, który kierował pracami, opublikował w: Natura w tym tygodniu mówi, że metody tworzenia nowego papieru grafenowego mogą doprowadzić do jeszcze silniejszych wersji. W tej chwili cząsteczki wody łączą pojedyncze płatki grafenu o grubości 10 nanometrów, tworząc papier grafenowy o grubości mikrometrów. Wykorzystując inne chemikalia jako kleje, naukowcy mogli wytwarzać ultramocne, papieropodobne materiały o różnych właściwościach. Przyszłość jest szczególnie jasna, ponieważ system jest bardzo elastyczny… Chemia jest prawie nieskończona, mówi Ruoff.

Pojedyncze arkusze grafenu istniały dopiero trzy lata temu, kiedy Andre Geim , profesor fizyki na Uniwersytecie w Manchesterze w Wielkiej Brytanii, użył taśmy klejącej, aby uzyskać kilka płatków grafenu z kryształu grafitu. Naukowcy wciąż nie rozumieją wszystkich właściwości grafenu, ale wiedzą, że może on niezwykle dobrze przewodzić elektrony i jest wyjątkowo silny. Grafen to najtwardszy materiał na świecie – twardszy niż diament, mówi Geim. Ale w graficie arkusze grafenowe są zmontowane w taki sposób, że nie wiążą się ze sobą mocno. Więc po prostu odpadają pod wpływem tarcia, tworząc czarne ślady ołówka.

Ideą Ruoffa było rozłożenie grafitu na poszczególne warstwy i ponowne ich złożenie w inny sposób niż w graficie. Celem było znalezienie sposobu na sklejenie płytek grafenu podczas ich ponownego składania, co dałoby wytrzymały i elastyczny materiał.

Ponieważ trudno jest oddzielić arkusze grafenu w graficie, naukowcy najpierw użyli kwasu do utlenienia grafitu i wytworzenia tlenku grafitu. Następnie wlewają tlenek grafitu do wody. Poszczególne arkusze tlenku grafenu łatwo oddziela się w wodzie.

Kiedy naukowcy przefiltrowali zawiesinę, płatki tlenku grafenu osiadły na filtrze, losowo zachodząc na siebie. Woda skleiła płatki; jego atomy wodoru związane z atomami węgla w sąsiednich płatkach. W rezultacie powstał ciemnobrązowy, cienki, elastyczny papier z tlenku grafenu. Dostosowując stężenie tlenku grafitu w wodzie, naukowcy zmienili grubość papieru, od 1 do 100 mikrometrów.

Aby opracować super mocne, lekkie materiały, inni wykorzystali nanorurki węglowe. A nowy papier z tlenku grafenu nie jest tak mocny jak folie z nanorurek węglowych, mówi Geim. Zaletą materiałów wykonanych z nanorurek węglowych jest to, że są znacznie twardsze, ponieważ plączą się jak spaghetti – mówi. Kiedy masz do czynienia z płaskimi prześcieradłami, zaplątują się one bardzo mało i są łamliwe.

Ale papier grafenowy ma inne kluczowe zalety. Grafit jest surowcem tanim, a metoda filtracji jest prosta i prowadzi do dużej ilości grafenu. Co najważniejsze, prace naukowców z Northwestern otwierają drogę do manipulowania arkuszami grafenowymi i wytwarzania materiałów przypominających papier o różnych właściwościach.

Kiedy Ruoff i jego koledzy utleniają grafen do, na przykład, tlenku grafenu, materiał na bazie węgla zmienia się z przewodnika elektrycznego w izolator. Ruoff mówi, że może zmienić chemię grafenu na inne sposoby, aby zmienić jego właściwości elektryczne i uczynić z niego izolator, przewodnik, a nawet półprzewodnik.

Ta wszechstronność elektryczna w połączeniu z ultramocnym materiałem ekscytuje niektórych obserwatorów. Nie użyli żadnego twardego kleju między [płytkami grafenu], mówi Geim. Spodziewam się bardzo, bardzo wytrzymałych materiałów, jeśli użyje się odpowiedniego kleju między grafenem.

ukryć