Itin stiprus popierius iš grafeno

Naudodami grafitą – juodus dribsnius, naudojamus pieštukuose – Šiaurės vakarų universiteto mokslininkai sukūrė stiprią, lanksčią ir lengvą popierinę medžiagą. Jis gali būti naudojamas kaip elektrolitai arba vandenilio saugojimo medžiagos kuro elementuose, elektrodai superkondensatoriuose ir baterijose bei itin ploni cheminiai filtrai. Jis taip pat gali būti maišomas su polimerais ar metalais, kad būtų pagamintos medžiagos, skirtos naudoti orlaivių fiuzeliažuose, automobiliuose ir pastatuose.

Tinkami dalykai: Šiaurės vakarų universiteto mokslininkai iš naujo surinko vieno atomo storio grafeno lakštus, iš kurių susidaro minkšti ir sluoksniuoti grafito kristalai, kad sukurtų tvirtą, lanksčią, popierinę medžiagą.

Naujoji medžiaga pagaminta iš persidengiančių grafeno sluoksnių, vieno atomo storio anglies atomų lakštų, išdėstytų į korio pavidalo šešiakampius. Priešingai, grafitas, kuris spaudžiamas tampa miltelių pavidalo, yra pagamintas iš grafeno lakštų, sukrautų vienas ant kito.

Rodney Ruoffas , Šiaurės vakarų nanoinžinerijos profesorius, vadovavęs darbui, paskelbė Gamta šią savaitę sako, kad naujojo grafeno popieriaus gamybos metodai gali lemti dar stipresnes versijas. Šiuo metu vandens molekulės sulaiko atskirus 10 nanometrų storio grafeno dribsnius, kad sukurtų mikrometrų storio grafeno popierių. Naudodami kitas chemines medžiagas kaip klijus, mokslininkai galėjo pagaminti itin stiprias popierines medžiagas, pasižyminčias įvairiomis savybėmis. Ateitis ypač šviesi, nes sistema yra labai lanksti... Chemija yra beveik begalinė, sako Ruoffas.

Atskiri grafeno lakštai buvo žinomi tik prieš trejus metus, kai Andre Geimas Mančesterio universiteto (JK) fizikos profesorius naudojo lipnią juostą, kad iš grafito kristalo išgautų keletą grafeno dribsnių. Tyrėjai vis dar nesupranta visų grafeno savybių, tačiau žino, kad jis gali itin gerai praleisti elektronus ir yra žinomas kaip ypač stiprus. Grafenas yra kiečiausia medžiaga pasaulyje – kietesnė už deimantą, sako Geimas. Tačiau grafite grafeno lakštai surenkami taip, kad vienas su kitu stipriai nesirištų. Taigi jie tiesiog nulupa nuo trinties ir sukuria juodas pieštuko žymes.

Ruoffo idėja buvo išardyti grafitą į atskirus sluoksnius ir surinkti juos kitaip, nei jie yra grafite. Tikslas buvo rasti būdą, kaip suklijuoti grafeno trombocitus kartu juos surenkant, kad būtų sukurta kieta ir lanksti medžiaga.

Kadangi sunku atskirti grafeno lakštus iš grafito, mokslininkai pirmiausia panaudojo rūgštį grafitui oksiduoti ir grafito oksidui gaminti. Tada jie įdėjo grafito oksidą į vandenį. Atskiri grafeno oksido lakštai lengvai atskiriami vandenyje.

Kai tyrėjai filtravo suspensiją, grafeno oksido dribsniai nusėdo ant filtro ir atsitiktinai persidengia vienas su kitu. Vanduo sulipdė dribsnius; jo vandenilio atomai susijungę su gretimų dribsnių anglies atomais. Rezultatas buvo tamsiai rudas, plonas, lankstus grafeno oksido popierius. Reguliuodami grafito oksido koncentraciją vandenyje, mokslininkai pakeitė popieriaus storį – nuo ​​1 iki 100 mikrometrų.

Siekdami sukurti itin stiprias lengvas medžiagas, kiti panaudojo anglies nanovamzdelius. Ir naujasis grafeno oksido popierius nėra toks stiprus kaip anglies nanovamzdelių plėvelės, sako Geimas. Jis sako, kad medžiagų, pagamintų iš anglies nanovamzdelių, pranašumas yra tas, kad jos yra daug kietesnės, nes susipainioja kaip spagečiai. Kai dirbate su plokščiais lakštais, jie labai mažai įsipainioja ir yra lūžtantys.

Tačiau grafeno oksido popierius turi kitų pagrindinių privalumų. Grafitas yra pigi žaliava, o filtravimo metodas yra paprastas, todėl susidaro daug grafeno. Svarbiausia, kad Šiaurės Vakarų tyrėjų darbas atveria būdą manipuliuoti grafeno lakštais ir gaminti skirtingų savybių turinčias popierines medžiagas.

Pavyzdžiui, kai Ruoffas ir jo kolegos grafeną oksiduoja į grafeno oksidą, anglies pagrindu pagaminta medžiaga iš elektros laidininko tampa izoliatoriumi. Ruoffas sako, kad jis gali kitais būdais pakeisti grafeno chemiją, kad pakeistų jo elektrines savybes ir paverstų jį izoliatoriumi, laidininku ar net puslaidininkiu.

Kai kurie stebėtojai jaudina, kad elektrinis universalumas derinamas su itin stipria medžiaga. Jie nenaudojo jokių tvirtų klijų tarp [grafeno trombocitų], sako Geimas. Tikiuosi labai, labai tvirtų medžiagų, jei tarp grafeno bus naudojami tinkami klijai.

paslėpti