Аэрографит
Аэрографит представляет собой синтетическую пену, состоящую из трубчатых волокон углерода. Плотность материала составляет 0,18 мг/см3 (0,18 кг/м3), что позволяет назвать данный материал одним из самых легких на сегодняшний день. Аэрографит был разработан объединенной командой университета имени Христиана Альбрехта и Гамбургского технологического университета. Первое сообщение о новом материале опубликовано в июне 2012 г.
Структура и свойства править
Аэрографит — материал чёрного цвета, может принимать различную форму, объёмом обычно в несколько кубических сантиметров. Его структура представляет собой взаимосвязанную сеть углеродных трубок диаметром в несколько микронов, и толщиной стенки около 15 нм. Из-за относительно меньшего искривления и большей толщины стенки, по своим свойствам эти трубки не столько похожи на графено-подобные ячейки углеродных нанотрубок, сколько на стеклоуглерод. Стенки трубок часто прерывистые, имеют складчатые области, что повышает эластичность аэрографита. Связи между атомами углерода в аэрографите имеют sp2 характер, что было подтверждено в результате спектроскопии характеристических потерь энергии электронами и измерения удельного электрического сопротивления. Под воздействием внешнего сжатия электрическая проводимость возрастает с 0,3 См/м до 0,8 См/м, а плотность с 0,18 мг/см3 до 0,2 мг/см3. А в сжатом состоянии эти показатели могут составлять 37 См/м при плотности 50 мг/см3. Благодаря своей структуре из взаимосвязанных трубок, аэрографит более устойчив к растяжению, чем другие пористые материалы, такие как кремниевые аэрогели. Он выдерживает значительную упругую деформацию и обладает очень низким коэффициентом Пуассона. Образец размером 3 мм восстанавливает исходную форму даже после сжатия до 0,1 мм. Предел прочности данного материала зависит от его сжатия и составляет 160 кПа для плотности 8,5 мг/см3 и 1 кПа при 0,18 мг/см3. Для сравнения — предел прочности для аэрогеля равен 16 кПа при плотности 100 мг/см3. Модуль Юнга для натяжения примерно равен 15 кПа при 0,2 мг/см3 , однако для сжатия он намного ниже и может колебаться от 1 кПа при 0,2 мг/см3 до 7 кПа при 15 мг/см3. Аэрографит обладает свойством сверхгидрофобности, а также достаточно восприимчив к электростатическим эффектам — кусочки материала притягиваются к заряженным предметам.
Получение править
Аэрографит получают посредством CVD-процесса на подложке из оксида цинка. Подложка состоит из микронной толщины палочек, которые получаются при смешивании одинакового количества цинка и поливинилбутираля, и нагреванием смеси до 900 С. Аэрографит синтезируется при температуре около 760 градусов, в атмосфере аргона, куда в качестве источника углерода нагнетается толуол. Тонкий (около 15 нм), прерывистый слой углерода осаждается на оксиде цинка, который стравливается посредством добавления водорода в реакционную камеру. Таким образом, образовавшаяся углеродная структура довольно точно повторяет структуру подложки из оксида цинка.
Возможное применение править
Аэрографитовые электроды были опробованы при производстве ионисторов. Материал хорошо переносит механические воздействия, связанные с циклами зарядки-разрядки и кристаллизации электролита (которая происходит при испарении растворителя). Электроемкость таких электродов составляет 1,25 Вт*ч/кг, что сравнимо с показателем для электродов из углеродных нанотрубок (2,3 Вт*ч/кг)
Источники править
- Mecklenburg, Matthias; Schuchardt, Arnim; Mishra, Yogendra Kumar; Kaps, Sören; Adelung, Rainer; Lotnyk, Andriy; Kienle, Lorenz; Schulte, Karl. Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance (англ.) // Advanced Materials : journal. — 2012. — Vol. 24, no. 26. — P. 3486—3490. — doi:10.1002/adma.201200491. — PMID 22688858.