Kui jälgite maailma viimaseid uudiseid kaasaegsed tehnoloogiad, See seda materjali ei ole sinu jaoks suur uudis. Siiski kaaluge üksikasjalikumalt kõige rohkem kerge materjal maailmas ja natuke rohkem üksikasju on kasulik õppida.
Vähem kui aasta tagasi anti maailma kergeima materjali tiitel materjalile nimega aerografiit. Kuid sellel materjalil ei õnnestunud pikka aega peopesa käes hoida, selle võttis hiljuti üle teine süsinikmaterjal, mida nimetatakse grafeeni aerogeeliks. Loodud uurimisrühm Zhejiangi ülikooli polümeeriteaduse ja -tehnoloogia osakonna laboratooriumis, mida juhib professor Gao Chao, on ülikerge grafeeniaerogeeli tihedus veidi madalam kui heeliumgaasil ja veidi kõrgem kui gaasilisel vesinikul.
Aerogeelid kui materjalide klassi töötas välja ja tootis 1931. aastal insener ja keemik Samuel Stephens Kistler. Sellest ajast alates on teadlased alates erinevad organisatsioonid korraldas selliste materjalide uurimist ja arendust, hoolimata nende kahtlasest väärtusest praktiline kasutamine. Mitmekihilisest aerogeel süsinik-nanotorud, mida nimetatakse külmunud suitsuks ja mille tihedus on 4 mg/cm3, kaotas kõige enam tiitli kerge materjal 2011. aastal, mis liikus metallist mikrovõre materjalile tihedusega 0,9 mG/cm3. Ja aasta hiljem läks kergeima materjali tiitel üle süsinikmaterjalile nimega aerografiit, mille tihedus on 0,18 mg/cm3.
Professor Chao meeskonna loodud kõige kergema materjali tiitli, grafeenaerogeeli uue kandja tihedus on 0,16 mg/cm3. Sellise kerge materjali loomiseks kasutasid teadlased üht seni hämmastavamat ja õhukesemat materjali – grafeeni. Kasutades oma kogemusi mikroskoopiliste materjalide, näiteks "ühemõõtmeliste" grafeenikiudude ja kahemõõtmeliste grafeenipaelte loomisel, otsustas meeskond lisada grafeeni kahele mõõtmele veel ühe mõõtme ja luua lahtise poorse grafeenimaterjali.
Lahustimaterjali kasutava šablooni valmistamise meetodi asemel, mida tavaliselt kasutatakse erinevate aerogeelide valmistamiseks, kasutasid hiinlased külmkuivatusmeetodit. Vedelast täiteainest ja grafeeniosakestest koosneva cooloidi lahuse külmkuivatamine võimaldas luua süsinikupõhise poorse käsna, mille kuju järgis peaaegu täielikult etteantud kuju.
"Meie loodud ülikerge süsinikmaterjali suurus ja kuju ei ole vajalikud," ütleb professor Chao, "toodetud aerogeeli kogus sõltub ainult selle suurusest konteiner, mille maht võib olla tuhandetes kuupsentimeetrites.
Saadud grafeenaerogeel on äärmiselt tugev ja elastne materjal. See võib imenduda orgaanilised materjalid, sealhulgas õli, mis kaalub oma kaalust 900 korda ja on suure imendumiskiirusega. Üks gramm aerogeeli neelab 68,8 grammi õli vaid ühe sekundiga, muutes selle atraktiivseks materjaliks kasutamiseks ookeaniõli ja naftasaaduste absorbendina.
Lisaks õli absorbendina toimimisele on grafeeniaerogeelil potentsiaali kasutada energiasalvestussüsteemides, teatud keemiliste reaktsioonide katalüsaatorina ja keerukate komposiitmaterjalide täiteainena.
Alates 2011. aastast on teadlased välja töötanud mitmeid uuenduslikke materjale, mis omakorda kandsid tiitlit "kergeim materjal planeedil". Esmalt süsinik-nanotorudel põhinev aerogeel (4 mg/cm3), seejärel mikrovõrestruktuuriga materjal (0,9 mg/cm3), seejärel aerografiit (0,18 mg/cm3). Kuid tänapäeval on kõige kergem materjal grafeenaerogeel, mille tihedus on 0,16 mg/cm3.
See on avastus kontserni omanduses aastal põhjustasid Zhejiangi ülikooli (Hiina) teadlased professor Gao Chao juhtimisel tõelise sensatsiooni. kaasaegne teadus. Grafeen ise on ebatavaliselt kerge materjal, mida kasutatakse laialdaselt kaasaegses nanotehnoloogias. Esiteks kasutasid teadlased seda ühemõõtmeliste grafeenikiudude, seejärel kahemõõtmeliste grafeenipaelte loomisel ja nüüd lisati grafeenile kolmas mõõde, mille tulemusena saadi poorne materjal, millest sai maailma kergeim materjal.
Grafeenist poorse materjali tootmise meetodit nimetatakse külmkuivatamiseks. Teised aerogeelid valmistatakse samal viisil. Poorne süsinik-grafeeni käsn on võimeline peaaegu täielikult kordama mis tahes talle antud kuju. Teisisõnu sõltub toodetud grafeeniaerogeeli kogus ainult anuma mahust.
Teadlased kuulutavad julgelt selliseid omadusi nagu kõrge tugevus ja elastsus. Samal ajal on garfen aerogeel võimeline absorbeerima ja säilitama orgaanilisi aineid, mis on kuni 900 korda suuremad kui tema enda kaal! Seega võib 1 gramm aerogeeli sekundis absorbeerida 68,8 grammi mis tahes ainet, mis ei lahustu vees.
See uuendusliku materjali omadus huvitas keskkonnakaitsjaid kohe. Nii saab ju kiiresti likvideerida inimtegevusest tingitud õnnetuste tagajärjed, näiteks kasutades naftareostuskohtades aerogeeli.
Lisaks keskkonnakasule on grafeenaerogeelil tohutu energiapotentsiaal, eelkõige plaanitakse seda kasutada salvestussüsteemides. Sel juhul võib aerogeel olla kindlasti katalüsaator keemilised reaktsioonid. Samuti on hakatud grafeeni aerogeeli juba kasutama keerukates komposiitmaterjalides.
Kõik sai alguse 1931. aastal, enam kui 80 aastat tagasi, kui Samuel Stevens Koestler leiutas aerogeelid – tol ajal kõige kergemad materjalid, mis olid samal ajal väga vastupidavad.
Rahulikkus püsis 80 aastat, kuni 2011. aastani, mil mikrovõrematerjalist grafeenist sai kõige kergem materjal. Selle tihedus oli ainult 0,9 mg 1 kuupsentimeetri kohta ja see oli 4 korda väiksem kui aerogeelidel. Sellest hetkest algas ülikergete materjalide uurimisel ja leiutamisel tõeline läbimurre.
Vähem kui aastaga õnnestus teadlastel aerografiit välja mõelda ja muuta see grafeenist neli korda kergemaks. Aerografiidi tihedus oli 0,18 mg/cm3.
Väljakutse võeti vastu ja tulemus on juba käes: Hiina teadlased proovisid teha universaalset kerget materjali ja tulemuseks oli indikaatoriga grafeenil põhinev aerogeel erikaal 0,16 mg/cm3. Et oleks selge, millise kerge materjaliga me tegeleme, võrdleme seda õhuga - see on õhust 6,5 korda kergem.
Millest see grafeenipõhine aerogeel koosneb? See on süsinikul (süsinikul) põhinev poorne materjal, mis läbib külmkuivatamise. Ametlik nimi avatud materjal “grafeen-aerogeel”.
Materjali ainulaadsed omadused:
- kõrge elastsuse koefitsient;
- elektrijuhtivus;
- adsorptsioonikoefitsient - 900.
See tähendab, et olles õhust kergem (jah, see võib minema lennata ja tuleb kinni siduda nagu õhupall) ja millel on poorne struktuur suudab absorbeerida ainet, mis kaalub 900 korda tema omast. Juba tekivad ideed grafeeni-aerogeeli kasutamiseks meredesse ja ookeanidesse lekkinud nafta ringlussevõtuks. Eelkõige saab grafeeni ja kogutud õli pärast kokkupanekut uuesti kasutada.
Materjali elektrijuhtivus pakub suure tõenäosusega huvi elektroonika- ja mobiilseadmete tootjatele, kus seadme kaal mängib mõnikord väga olulist rolli.
Teadlaste sõnul iseloomustab nende "tuletatud" materjali äärmiselt kõrge tugevus ja elastsus. See suudab pärast kokkusurumist kiiresti kuju taastada, absorbeerida ja säilitada suures koguses aineid, mis ei lahustu vees - kuni 900 korda oma kaalust
Möödunud aastal loodud materjal nimega aerografiit ei suutnud säilitada maailma kergeima materjali tiitlit. Kroon tuli anda 21. sajandi imematerjalist grafeenist valmistatud uuele aerogeelile. Ülikerge materjali tihedus on väiksem kui heeliumil ja poole väiksem vesinikul.
Uue materjali töötas välja teadlaste rühm, mida juhtis professor Gao Chao Zhejiangi ülikooli (Hiina) polümeeride tehnoloogia ja teaduse osakonna laborist.
Aerogeelid, mille lõi 1931. aastal Ameerika teadlane ja keemiainsener Samuel Stevens Kistler, Hiljuti hakkas palju tähelepanu saama. 2011. aastal andis 4 mg/cm3 tihedusega mitmeseinaline süsinik-nanotoru (MCNT) aerogeel, mida tuntakse ka kui külmunud suitsu, teed maailma kergeimale mikrovõrestruktuuriga materjalile tihedusega 0,9 mg/ cm3 . Hiljem tõrjus selle välja aerografiit (0,18 mg/cm3), mille võidukäik osutus sama lühiajaliseks. Tänapäeval kuulub peopesa grafeeni aerogeelile. Selle tihedus on 0,16 mg/cm3.
Teadlastel on juba kogemusi makroskoopiliste grafeenmaterjalide, eriti ühemõõtmeliste kiudude ja grafeenist valmistatud kahemõõtmeliste kilede loomisel. Rekordi püstitamiseks pidid nad lisama vaid ühe mõõtme ja saama kolmemõõtmelise poorse materjali.
Sool-geeli tehnoloogia ja muude aerogeelide loomise meetodite asemel kasutas Gao uus viis kuivatamine, mis aitas luua kohandatava kujuga süsinikkäsna.
“Malle pole vaja kasutada, sest materjali suurus sõltub otseselt konteineri suurusest. Mida suurem konteiner, seda rohkem aerogeeli. Me võime rääkida tuhandetest kuupsentimeetritest ja see pole piir.
Teadlaste sõnul iseloomustab nende "tuletatud" materjali äärmiselt kõrge tugevus ja elastsus. See suudab pärast kokkusurumist kiiresti kuju taastada, absorbeerida ja säilitada suures koguses aineid, mis ei lahustu vees - kuni 900 korda oma massist. Raske uskuda, kuid ühe sekundi jooksul neelab gramm aerogeeli kuni 68,8 grammi orgaanilist ainet, mis muudab selle õlireostuskohtades kasutamiseks atraktiivseks.
"Võib-olla aitab see ühel päeval ära hoida keskkonnakatastroofi. Tänu materjali elastsusomadustele saab kogutud õli ja aerogeeli taaskasutada,” räägib Gao.
Teadlased uurivad uue materjali kasutusvõimalusi. Nende sõnul saab grafeeni aerogeeli kasutada isolatsioonimaterjalina, katalüsaatorikandjana või suure jõudlusega komposiidina.
Selle leiutas teadlaste rühm, mida juhtis Hiina professor Gao Chao Zhejiangi ülikoolist ja see tekitas sensatsiooni teadusmaailm. Grafeeni, iseenesest uskumatult kerget materjali, kasutatakse kaasaegses nanotehnoloogias laialdaselt. Ja teadlastel õnnestus sellest saada poorne materjal - maailma kergeim.
Grafeeni aerogeel valmistati samamoodi nagu teised aerogeelid – sublimatsioonkuivatamise teel. Süsinik-grafeenmaterjalist poorne käsn kopeerib peaaegu täielikult mis tahes kuju, mis tähendab, et aerogeeli kogus sõltub ainult anuma mahust.
Kõrval keemilised omadused aerogeeli tihedus on väiksem kui vesinikul ja heeliumil. Teadlased on kinnitanud selle suurt tugevust ja suurt elastsust. Ja seda hoolimata asjaolust, et grafeenaerogeel neelab ja säilitab oma massist peaaegu 900 korda suuremas koguses orgaanilisi aineid! 1 gramm aerogeeli võib sõna otseses mõttes absorbeerida sekundiga 68,8 grammi mis tahes vees lahustumatut ainet. See on hämmastav ja võib-olla varsti kasutavad kõik poeli.ru baarid ja kõik hotellid seda materjali oma eesmärkidel külastajate meelitamiseks.
Veel üks uue materjali omadus pakkus keskkonnakogukonnale suurt huvi: grafeenkäsna võime neelata. orgaaniline aine, mis aitab kõrvaldada inimtegevusest tingitud õnnetuste tagajärgi.
Grafeeni potentsiaalset omadust keemiliste reaktsioonide katalüsaatorina kavatsetakse kasutada hoiusüsteemides ja keerukate komposiitmaterjalide valmistamisel.