Прес-реліз Подорож - мета
Фото: CAU/Клаудія Еуліц
"Лікування", Матіас Мекленбург поспішив до професора Карла Шульте. Причина його ейфорії: молодий вчений щойно виявив зміну досліджуваного матеріалу під мікроскопом, що дало студенту докторантури Гамбургського державного кластеру досконалості "Інтегровані матеріальні системи" новаторську ідею. Це було у вересні 2010 року. Цього тижня докторант та його науковий керівник професор Карл Шульте разом зі своїми колегами з групи вчених на чолі з професором Райнером Аделунг з Університету Крістіана Альбрехтса в Кіль (CAU) мають найлегший у світі матеріал Світ представлений: "аерографіт". Сенсаційними результатами досліджень гамбургських та кільських вчених є історія обкладинки в спеціалізованому журналі "Advanced Materials" (3 липня), і з тих пір вона потрапляла в заголовки засобів масової інформації в масштабах всієї країни. Аерографіт може бути корисним для електричних автомобілів та електронних велосипедів, а також можливе використання в авіаційній та супутниковій електроніці та для очищення води.
Випадковість чи результат цілеспрямованого пошуку? "Ми шукали тривимірно пов'язані вуглецеві структури, і саме тоді ми відкрили цей матеріал", - говорить Шульте. Відомий дослідник матеріалів належить до групи вчених, які також проводять фундаментальні дослідження інноваційних матеріалів у галузі спільних досліджень "Індивідуальні багатомасштабні системи матеріалів", затвердженій Німецьким науковим фондом у TUHH у травні.
"Наш розвиток викликає жваві дискусії в наукових колах. Аерографіт більш ніж у чотири рази легший за попереднього світового рекордсмена", - говорить молодий вчений Маттіас Мекленбург. Цей нікелевий матеріал, який був представлений півроку тому і вважався найлегшим матеріалом до поточної публікації, також складався з крихітної системи трубок. Однак з самого початку нікель має вищу атомну вагу. "Ми також можемо виготовляти трубки, які складаються з пористих стінок і, отже, надзвичайно легкі", - додає Арнім Шухардт, співавтор та докторант CAU. Кельські аналітики професор Лоренц Кіенле та д-р. Розшифровка Андрія Лотника за допомогою просвічувального електронного мікроскопа.
"Ви можете мислити аерографіт як швидко зростаючу мережу плюща, яка звивається навколо дерева, видаляючи саме дерево", - говорить Аделунг, пояснюючи виробничий процес. Дерево - це так званий жертовний шаблон, тобто засіб досягнення мети. Команда CAU, до складу якої входили Арнім Шухардт, Райнер Аделунг, Йогендра Мішра та Сьорен Капс, використовувала порошкоподібний оксид цинку для виготовлення шаблону. Вони привели це в кристалічну форму, нагріваючи в духовці при 900 градусах Цельсія. При подальшій обробці вчені з матеріалу «Кіль» виробляють своєрідну таблетку. У ньому готовий оксид цинку утворює мікро- і наноструктури, звані тетраподами (див., Наприклад, малюнок 4), які проникають один в одного і таким чином міцно з’єднують окремі частинки, утворюючи пористу таблетку. Тетраподи - це мережа, на основі якої створюється аерографіт.
Маттіас Мекленбург, Йогендра Кумар Мішра, Арнім Шурхардт, Лоренц Кіенле, Карл Шульте, Серен Капс, Райнер Аделунг. (немає на зображенні: співавтор Андрій Лотник).
Фото: CAU/Клаудія Еуліц
На наступному етапі гранульований матеріал поміщають у реактор при 760 градусах Цельсія для хімічного осадження парів в TUHH. "У газовій фазі, що збагачується вуглецем, що протікає, оксид цинку укладений у графітовий шар, товщина якого становить лише кілька атомних шарів, що утворює врослу мережеву структуру аерографіту. Одночасно подається водень реагує з киснем в оксиді цинку. Водяна пара і цинк виходять як газ", Шульте. Залишається типово зшита та трубчаста структура вуглецю. Молодий вчений TUHH Мекленбург: "Чим швидше ми витягуємо цинк у процесі, тим більше дірочок стінок трубок і тим світлішим стає матеріал. Є ще багато можливостей". А його колега Шухардт з Кіля додає: "Приємно те, що ми можемо конкретно впливати на властивості аерографіту: ми постійно координуємо форму шаблону тут, у Кільі, та процес осадження в Гамбурзі".
Завдяки особливим властивостям матеріалу аерографіту його можна ідеально адаптувати, наприклад, у літій-іонних батареях. Це означає, що потрібно використовувати лише мінімальну кількість електроліту акумулятора, що повинно призвести до важливого зменшення ваги батарей. Автори вже описали це використання у своїй нещодавно опублікованій публікації. Ці менші акумулятори можна використовувати в електромобілях або на електровелосипедах. Таким чином, матеріал сприяє, серед іншого, розвитку екологічно чистих транспортних засобів.
Вчені бачать подальше застосування у створенні непровідних пластмас електропровідними за допомогою аерографіту без їх набору ваги. Таким чином можна уникнути статичних зарядів, звичних із повсякденного життя.
Кількість додаткових заявок на найлегший на сьогодні матеріал у світі обмежується лише уявою вчених. Щойно аерографіт став відомим, ідеї також виблискували серед колег з широкого кола спеціалізованих областей. Розглядається питання використання в авіації та супутниковій електроніці, оскільки вони повинні бути в змозі протистояти особливо великим вібраціям. Матеріал також має великий потенціал для очищення води. Як сорбент для стійких забруднювачів води, він може електрохімічно окислюватися, тобто розкладатися і, таким чином, розкладати їх. Переваги аерографіту, механічна стійкість, електропровідність і висока площа поверхні можуть зіграти свою роль. Ці переваги також корисні при потенційному очищенні зовнішнього повітря для інкубаторів або вентиляторів.
В даний час фундаментальні дослідження все ще проводяться. Може пройти ще десять-30 років, перш ніж вони зможуть бути використані у промисловому виробництві.
Більше інформації за адресою:
Оригінальна публікація: "Аерографіт: надлегкий, гнучкий наностін, вуглецевий матеріал з мікротрубок з видатними механічними характеристиками"; DOI: 10.1002/adma.201200491
Ілюстрації та інший матеріал доступні для завантаження:
Заголовок: Ілюстрація показує ділянку електронного мікроскопа найлегшого матеріалу у світі: аерографіту. Відкриті вуглецеві пробірки утворюють дрібну сітку, завдяки чому забезпечується низька щільність до 0,2 міліграма на кубічний сантиметр.
Заголовок: У реакторі при температурі вище 760 градусів Цельсія виходить газоподібний цинк та водяна пара. На зображенні: Оксид цинку все ще можна побачити в темних місцях. Залишилася графітна оболонка (світлі ділянки).
Заголовок: Під час процесу створення так званий жертовний шаблон, кристалічний оксид цинку (тут яскраво-білий), розкладається воднем. Водяна пара та цинк виходять. Пробірки аерографіту залишаються.
Підпис: Тетраподи оксиду цинку є ідеальною основою для міцного аерографіту.
Заголовок: Майже готовий аерографіт: Захоплюючі конструкції з неймовірним потенціалом, наприклад, при виробництві батарей.
Заголовок: Аерографіт водовідштовхувальний, чорний, ніж чорний (наразі досліджується) та електропровідний.
Заголовок: Аерографіт можна стиснути до 95 відсотків, а потім знову розірвати. На відміну від інших матеріалів, це навіть робить його все більш і більш жорстким (діаметр дев'ять міліметрів).
Заголовок: Дуже малі маси аерографіту дозволяють дуже швидко змінювати напрямок руху. Спочатку він встає, потім стрибає на пластиковий стрижень і знову на стіл: так аерографіт піднімає заряд зі стрижня і передає його на стіл.
Інші фотографії з презентації аерографіту будуть доступні після прес-конференції.