Хіміки придумали новий метод одержання аерографії - дуже легкого матеріалу з неповторними особливостями
У той час, коли ми говоримо про щось легкому і невагомому, то досить часто використовуємо прикметник «повітряний». Але повітряний простір все одно володіє масою, хоч і невеликий - один кубометр повітря важить трохи більше кілограма. Чи можливо створити жорсткий матеріал, що займав би собою, наприклад, кубічний метр, але поряд з цим важив би менше кілограма?
Таку проблему вирішив ще на початку минулого століття інженер і американський хімік Стівен Кистлер, що відомий як винахідник аерогеля.
Аерогелі є дивно легкі матеріали, які володіють до того ж помітною міцністю. Так, кубик аерогеля може витримувати на собі вагу, в тисячу разів перевищує його особистий. Фото: Kevin Baird / Flickr
Можливо, у багатьох читачів перша асоціація зі словом «гель» пов'язана з яким-небудь косметичним засобом або побутовою хімією. Не дивлячись на те, що в дійсності гель - це повною мірою хімічний термін, яким називають сукупність, яка складається з тривимірної сітки макромолекул, свого роду каркаса, в вакуумі якого знаходиться рідина. За рахунок цього молекулярного каркаса той же гель для душу не розтікається по долоні, а приймає відчутної форми.
Але назвати такою простою гель повітряним ніяк заборонено - рідина, яка утворює більше половини, практично в тисячу разів важче повітря. Ось тут у експериментаторів і виникла ідея, як зробити ультралегкий матеріал.
Створена за допомогою 3D друку макроструктура аерографії надає йому неповторні механічні особливості, поряд з цим матеріал не втрачає своєї «графеновой» природи. Фото: Ryan Chen / LLNLСозданная за допомогою 3D друку макроструктура аерографії надає йому неповторні механічні особливості, поряд з цим матеріал не втрачає своєї «графеновой» природи. Фото: Ryan Chen / LLNL
У разі якщо забрати рідкий гель, і якимось методом прибрати з нього воду, замінивши її на повітряний простір, то в слідстві від гелю залишиться лише каркас, що буде постачати твердість, але поряд з цим фактично не мати ваги. Такий матеріал і став називатися аерогеля. З моменту його винаходу в 1930 році серед хіміків почалося свого роду змагання по створенню самого легкого аерогеля. Тривалий час для його отримання застосовували здебільшого матеріал на базі діоксиду кремнію.
Щільність таких кремнієвих аерогелей становила від десятих до сотих часток грама на кубічний сантиметр. У той час, коли в якості матеріалу стали використовувати вуглецеві нанотрубки, то щільність аерогелей вдалося зменшити ще фактично на два порядки. Наприклад, аерографії мав щільність 0,18 мг / см3. На сьогодні пальма першості найлегшого жорсткого матеріалу у власності аерографену, його щільність всього 0,16 мг / см3.
Для наочності, метровий куб, зроблений з аерографією, важив би 160 г, що в восьмеро легший за повітря.
Але хіміками рухає не лише спортивний інтерес, і графен як матеріал для аерогелей стали використовувати зовсім не просто так. Сам по собі графен володіє масою унікальних особливостей, якісь багато в чому обумовлені його плоскою структурою. Інакше, аерогелі також мають особливі характеристики, одна з яких - величезна площа питомої поверхні, яка утворює тисячі і сотні квадратних метрів на грам речовини.
Така величезна площа з'являється через високу пористість матеріалу. Поєднати своєрідні особливості графена з неповторною структурою аерогелей у хіміків уже виявилося, але дослідникам з направлятися національної лабораторії для аерографії для чогось знадобився ще і 3D принтер.
Щоб надрукувати аерогель, спочатку потрібно було створити особливі чорнило на базі оксиду графену. Крім того, що з них зобов'язаний виявиться аерографії, потрібно, щоб такі чорнило були придатні для 3D друку. Вирішивши цю задачу, хіміки взяли в свої руки спосіб, за яким можливо виготовляти аерографії з потрібною мікроархітектури. Це вкрай важливо, тому, що не рахуючи особливостей, властивих графену, такий матеріал буде мати ще й захоплюючі фізичні особливості.
Властивість до багаторазового стиску відрізняє надрукований аерографії від взятого «простим» шляхом. Одним з практичних застосувань нового аерографії зможуть стати еластичні електричні акумуляторна батареї, де величезна внутрішня поверхня матеріалу буде використана в якості електрода, тоді як надрукована структура додасть йому потрібну гнучкість.
Фото: Ryan Chen / LLNL, Kevin Baird / Flickr, Imaginechina / Corbis
Творець: Максим Абаєв
НОВИЙ легкий аерогель
цікаві записи
Популярні статті на сайті:
У той час, коли говорять про 3D-друку, велика частина уявляє собі процес в збільшеному масштабі, що видно неозброєним оком. Критики стверджують, ...
Нова розробка, поки що знаходиться на стадії ранніх випробувань, в майбутньому дозволить лікарям за допомогою спеціальних тривимірних принтерів створювати ...
Які конкретно нововведення увійдуть в долю землян до 2100 року? Прогнози на сторінках The Times робить доктор наук теоретичної фізики City University of ...
Вчені створили розробку самозборки фігур оригамі з плоских сторінок матеріалу, що може відшукати широке використання в робототехніці, повідомляється в ...