Az aerografit 75-ször könnyebb, mint a hungarocell
2012.07.17. - világrekord - a világ legkönnyebb anyaga Észak-Németországból származik.
Koromfekete, stabil, elektromosan vezető, alakítható és átlátszatlan - egyedülálló tulajdonságai és alacsony sűrűsége miatt az „aerographit” szén-dioxid minden versenytársat felülmúl. „Fejlődésünk élénk vitákat indít el tudományos körökben. Az aerographit több mint négyszer könnyebb, mint az előző világrekordíró. ”- mondja boldog Matthias Mecklenburg a Hamburg-Harburgi Műszaki Egyetemről (TUHH). A hat hónappal ezelőtt bemutatott nikkel anyag szintén egy apró csőrendszerből állt. A nikkelnek azonban eleve nagyobb az atomtömege. "Olyan csöveket is gyárthatunk, amelyek porózus falakból állnak, és ezért rendkívül könnyűek" - teszi hozzá Arnim Schuchardt a Kieli Christian Albrechts Egyetemről (CAU). A kieli elemzők, Lorenz Kienle és Andriy Lotnyk, transzmissziós elektronmikroszkóppal meg tudták fejteni az anyag atomszerkezetét.
Ábra: A cink-oxid tetrapodjai alkotják az aerographit ideális alapját. (Kép: TUHH)
A köbcentiméterenként 0,2 milligramm alacsony sűrűség ellenére az aerographit nagyon rugalmas. Míg a könnyű anyagok általában ellenállnak a nyomásnak, de nem bírják a feszültséget, az aerographitot kiváló stabilitás jellemzi nyomás és húzóterhelés mellett. Akár 95 százalékkal összenyomható és visszahúzható eredeti formájába, mondja Rainer Adelung, Kiel professzora: "Az aerografit egy bizonyos fokig még szilárdabb, és így erősebb, mint korábban." Más anyagok átjutnának az ilyen terhelések egyre gyengébbek és instabilabbak. „Az anyag a fénysugarakat is szinte teljesen elnyeli. Mondhatni a legfeketébb feketét hozza létre ”- teszi hozzá Karl Schulte hamburgi professzor.
Ábra: A létrehozási folyamat során az áldozati sablont, a kristályos cink-oxidot (itt élénken fehér) hidrogén bontja. Vízgőz és cink távozik. Az aerographit csövei megmaradnak. (Kép: TUHH)
"Úgy gondolhat az aerografitra, mint egy gyorsan növekvő borostyánhálózatra, amely egy fa körül kanyarog és eltávolítja magát a fát" - magyarázza Adelung a gyártási folyamatot. A fa egy úgynevezett „áldozati sablon”, vagyis a cél elérésének eszköze. A CAU csapata porszerű cink-oxidot használt előállításához és kristályos formává alakította át úgy, hogy kemencében 900 Celsius fokon melegítette.
A további feldolgozás során a kieli anyagtudósok egyfajta tablettát állítanak elő. Ebben a kész cink-oxid mikro- és nanostruktúrákat, a tetrapodokat képez, amelyek behatolnak egymásba, és így az egyes részecskéket szilárdan összekapcsolják a porózus tabletta kialakításával. A tetrapodok az a hálózat, amely alapján az aerographit létrejön.
Ábra: A kapott aerographitban, amely a világ legkönnyebb anyaga, a nyitott széncsövek finom hálózatot alkotnak, és így alacsony sűrűséget tesznek lehetővé, legfeljebb 0,2 milligramm köbcentiméterenként. (Kép: TUHH)
A következő lépésben a pellet alakú anyagot a reaktorba helyezzük 760 Celsius-fokon, hogy a TUHH-nál vegyszergőz-lerakódást végezzünk. „Egy áramló, szénnel dúsított gázfázisban a cink-oxid csak néhány atomréteg vastag grafitrétegbe van burkolva, létrehozva az aerografit áthaladó hálózati struktúráját. Az egyidejűleg szállított hidrogén reagál a cink-oxid oxigénjével. A vízgőz és a cink gázként távozik ”- mondja Schulte. Marad a tipikusan térhálós és csöves szénszerkezet. A TUHH fiatal tudósa, Mecklenburg: „Minél gyorsabban juttatjuk ki a cinket a folyamatunk során, annál lyukasabbak a csövek falai és annál könnyebb az anyag. Még mindig nagy a mozgástér. ”És kollégája, a kieli Schuchardt hozzáteszi:„ Az a szép, hogy kifejezetten befolyásolni tudjuk az aerographit tulajdonságait: Folyamatosan összehangoljuk a sablon alakját itt Kielben és a lerakási folyamatot Hamburgban. ”
Ábra: Advanced Materials 24. kötet, Iss. 26 (Wiley-VCH)
Az aerographit különleges anyagtulajdonságainak köszönhetően ideálisan alkalmazható például Li-ion akkumulátorokban. Ez azt jelenti, hogy csak minimális mennyiségű elem-elektrolitot kell használni, ami az elemek súlyának jelentős csökkenéséhez vezethet. Ezeket a kisebb akkumulátorokat elektromos autókban vagy e-kerékpárokban lehet használni. Az anyag így hozzájárul többek között a környezetbarát közlekedési eszközök fejlesztéséhez. Egy másik alkalmazás az lenne, ha a nem vezető műanyagokat elektromosan vezetővé tennénk, anélkül, hogy bármilyen jelentős súlynövekedés történne. Így elkerülhetők a mindennapi életből ismert statikus töltések. Az anyag a víztisztításban is nagy lehetőségeket ígér. A perzisztens vízszennyező anyagok szorbenseként elektrokémiailag oxidálódhat, azaz lebomlik, és így lebonthatja őket.
További információ
- Eredeti kiadvány
M. Mecklenburg és mtsai: Aerographite: Rendkívül könnyű, rugalmas nanofal, kiemelkedő mechanikai teljesítménnyel rendelkező szén-dioxid-mikrocső anyag, Adv. Mater. 24., 3486-3490 (2012); DOI: 10.1002/adma.201200491 - Szintézis és valós struktúra (L. Kienle), Anyagtudományi Intézet, CAU Kiel
- Aerographit: 3D hálózatos grafit szerkezetek szintézise (TUHH)
Az aerografit 95% -ig összenyomható, majd újra széthúzható. Más anyagokkal ellentétben ez még merevebbé teszi (átmérője kilenc milliméter):
Az aerografit nagyon kicsi tömege nagyon gyors irányváltást tesz lehetővé. Először feláll, majd a műanyag rúdra ugrik, majd vissza az asztalra: az Aerographit így veszi fel a rudról a töltetet, és továbbítja az asztalra.