Графеновый аэрогель – самый легкий материал в мире

От автора

При обучении в магистратуре в рамках курса «Нанотехнологии и наноматериалы» лектором данного курса Александр Сергеевичем Парфенюком было предложено всем студентов сделать небольшой доклад, который бы объединил в себе тему научной работы, которой занимается студент и то как применяются нанотоехнологии относительно к данной теме. Данное задание немного меня озадачило, так как специфика моей тематики не подразумевает применение нанотехнологий, посоветовавшись со своим научным руководителем мои опасения подтвердились. Срочно нужен был материал для доклада, только вот где его брать, конечно ИНТЕРНЕТ. После часа проведенного в поиске необходимого материала, стало понятно, что и интернет тут не помощник. От безделья, начал просто бродить по просторам интернета, и тут как снег на голову на одном из часто посещаемых мною сайтов, я наткнулся на статью с интересным названием «Китайскими учеными создан самый легкий в мире твердый материал». Столь многообещающее название естественно меня заинтересовало и я решил ознакомится с данным материалом. После прочтения статьи я понял, что это именно то что надо, пускай не по теме, но это с лихвой компенсируется интересными фактами о данном материале и то что на момент прочтения статьи, прошло меньше месяца с момента открытия данного материала, что делало эту информацию еще более привлекательной. Я решил если и рассказывать о нанотехнология то непременно о самых передовых, и я с усердием начал поиск и сбор информации, задача усложнялась тем что материал новый и информацию о нем в буквальном смысле пришлось собирать по крупицам в основном из новостных ресурсов. Собственно, ближе к самому докладу вот что мне удалось узнать о этом материале.

Графеновый аэрогель

Этому материалу присущ ряд уникальных свойств. &nda Графеновый аэрогель самый легкий в мире твердый материал (0,16 мг/см³):
– в 6.5 раз ниже плотности воздуха;
– в 2 раза больше плотности газообразного водорода.
– Его вес настолько мал, что его выдерживают лепестки цветов.
– Необходимо 3 миллиона листов графена сложить друг с другом, чтобы высота стопки достигла 1 миллиметра.
– Один лист толщиной с пакет из полиэтилена способен выдержать вес слона.
– Его можно растянуть без какого-либо ущерба на 20%.
– Он также является превосходным проводником электричества, гораздо лучшим, чем медь и является лучшим проводником тепла на планете.
– Материал обладает способностью абсорбировать вещества в 900 раз больше собственного веса. Один грамм вещества может вобрать в себя 900 граммов органических соединений, при этом он будет поглощать загрязняющие окружающую среду продукты с очень хорошей скоростью – до 68,8 граммов органики в секунду. К слову используемые сейчас материалы для сбора нефти могут собирать объем розлива до 10 раз превышающий массу самого вещества [1, 2, 3].

Получение графенового аэрогеля

Графеновый аэрогель (Рис. 1) был изобретен китайским специалистам из лаборатории Отдела науки о полимерах и технологиях Чжэцзянского Университета (Zhejiang University) которую возглавляет профессор Гэо Чэо (Gao Chao) [1, 2].

Рис. 1. Графеновый аэрогель

Статья ученых об углеродном аэрогеле была впервые опубликована 18 ноября 2012 г опубликована в журнале Advanced Materials.[3] [3].

Для того, чтобы создать столь легкий материала ученые использовали один из самых удивительных и тонких материалов на сегодняшний день – графен. Используя свой опыт в создании микроскопических материалов, таких, как одномерные графеновые волокна и двухмерные графеновые ленты, команда решила добавить к двум измерениями графена еще одно измерение и создать объемный пористый графеновый материал [1, 2 4].

Вместо метода изготовления по шаблону, в котором используется материал-растворитель и с помощью которого обычно получают различные аэрогели, китайские ученые использовали метод сублимационной сушки. Сублимационная сушка коолоидного раствора, состоящего из жидкого наполнителя и частиц графена, позволила создать углеродистую пористую губку, форма которой почти полностью повторяла заданную форму [2].

Отсутствие потребности использования шаблонов, размеры и форма создаваемого нами углеродного сверхлегкого материала зависит только от формы и размеров контейнера – рассказывает профессор Чэо, – Количество изготавливаемого аэрогеля зависит только от величины контейнера, который может иметь объем, измеряемый тысячами кубических сантиметров [2].

Его вес составляет 0,16 миллиграмм на кубический сантиметр, что 6,5 раз легче массы воздуха. Добиться такой сверхлегкости ученым удалось благодаря лиофилизированному процессу (гелевой вытяжке), который устранил влагу из цепи углеродных нанотрубок и графена но при этом сохраняющему все их характеристики[1, 2].

Чтобы продемонстрировать низкую плотность своего детища китайские учёные поставили кубик материала на лепестки цветка вишни (Рис. 2). Разработка учёных только кажется хрупкой, на самом деле после сжатия структура отлично восстанавливает свою первоначальную форму [3].

Рис. 2. Демонстрация низкой плотности графенового аэрогеля

Сверхлегкий аэрогель также обладает высокой эластичностью, электропроводностью и способностью абсорбировать вещества в 900 раз больше собственного веса. Последнее свойство предрекает новому материалу будущее в очищении морей от разлившейся нефти. Например, современные сорбенты способны впитать объем в 10 раз превышающий их массу, а графеновый аэрогель может поглотить объем в 900 раз больше, чем его собственная масса. Также исследователи отмечают высокую скорость впитывания, 1 грамм аэрогеля поглощает 68,8 грамма органики в секунду [2].

В ликвидации аварийных разливов нефти потенциал графенового аэрогеля огромен. При этом, аэрогель, поглотивший нефть, может быть технологично отделен от нефти и использоваться многократно.

Электропроводность может стать полезной в создании новых накопителей энергии.

Производство графенового аэрогеля не потребует крупных затрат, зато отдача от него обещает быть суперэффективной [2, 3].

Надеюсь, что данная статья была интересной и будет полезной для ВАС!

Список источников

1. Naucon [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://naucon.ru.
2. Dailytechinfo [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.dailytechinfo.org.
3. Hitech.newsru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://hitech.newsru.com/article/26mar2013/cnmtrl.
4. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org.