Аэрографит

Аэрографит представляет собой синтетическую пену, состоящую из трубчатых волокон углерода. Плотность материала составляет 0,18 мг/см³ (0,18 кг/м³), что позволяет назвать данный материал самым легким на сегодняшний день. Аэрографит был разработан объединенной командой университета имени Христиана Альбрехта и Гамбургского технологического университета. Первое сообщение о новом материале было опубликовано в июне 2012 г.

Структура и свойства

Аэрографит — материал чёрного цвета, может принимать различную форму, объёмом обычно в несколько кубических сантиметров. Его структура представляет собой взаимосвязанную сеть углеродных трубок диаметром в несколько микронов, и толщиной стенки около 15 нм. Из-за относительно меньшего искривления и большей толщины стенки, по своим свойствам эти трубки не столько похожи на графено-подобные ячейки углеродных нанотрубок, сколько на стеклоуглерод. Стенки трубок часто прерывистые, имеют складчатые области, что повышает эластичность аэрографита. Связи между атомами углерода в аэрографите имеют sp² характер, что было подтверждено в результате спектроскопии характеристических потерь энергии электронами и измерения удельного электрического сопротивления. Под воздействием внешнего сжатия электрическая проводимость возрастает с 0,3 См/м до 0,8 См/м, а плотность с 0,18 мг/см³ до 0,2 мг/см³. А в сжатом состоянии эти показатели могут составлять 37 См/м при плотности 50 мг/см³. Благодаря своей структуре из взаимосвязанных трубок, аэрографит более устойчив к растяжению, чем другие пористые материалы, такие как кремниевые аэрогели. Он выдерживает значительную упругую деформацию и обладает очень низким коэффициентом Пуассона. Образец размером 3 мм восстанавливает исходную форму даже после сжатия до 0,1 мм. Предел прочности данного материала зависит от его сжатия и составляет 160 кПа для плотности 8,5 мг/см³ и 1 кПа при 0,18 мг/см³. Для сравнения — предел прочности для аэрогеля равен 16 кПа при плотности 100 мг/см³. Модуль Юнга для натяжения примерно равен 15 кПа при 0,2 мг/см³ , однако для сжатия он намного ниже и может колебаться от 1 кПа при 0,2 мг/см³ до 7 кПа при 15 мг/см³. Аэрографит обладает свойством сверхгидрофобности, а также достаточно восприимчив к электростатическим эффектам — кусочки материала притягиваются к заряженным предметам.

Получение

Аэрографит получают посредством CVD-процесса на подложке из оксида цинка. Подложка состоит из микронной толщины палочек, которые получаются при смешивании одинакового количества цинка и поливинилбутираля, и нагреванием смеси до 900 С. Аэрографит синтезируется при температуре около 760 градусов, в атмосфере аргона, куда в качестве источника углерода нагнетается толуол. Тонкий (около 15 нм), прерывистый слой углерода осаждается на оксиде цинка, который стравливается посредством добавления водорода в реакционную камеру. Таким образом, образовавшаяся углеродная структура довольно точно повторяет структуру подложки из оксида цинка.

Возможное применение

Аэрографитовые электроды были опробованы при производстве ионисторов. Материал хорошо переносит механические воздействия, связанные с циклами зарядки-разрядки и кристаллизации электролита (которая происходит при испарении растворителя). Электроемкость таких электродов составляет 1,25 Вт*ч/кг, что сравнимо с показателем для электродов из углеродных нанотрубок (2,3 Вт*ч/кг)

Источники

• (2012) «Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance». Advanced Materials 24 (26): 3486–90. DOI:10.1002/adma.201200491. PMID 22688858.

Отрывок, характеризующий Аэрографит

– Помню, – сказал Николай. – Я помню, что я к тебе пришел потом и мне хотелось тебя утешить и, знаешь, совестно было. Ужасно мы смешные были. У меня тогда была игрушка болванчик и я его тебе отдать хотел. Ты помнишь?
– А помнишь ты, – сказала Наташа с задумчивой улыбкой, как давно, давно, мы еще совсем маленькие были, дяденька нас позвал в кабинет, еще в старом доме, а темно было – мы это пришли и вдруг там стоит…
– Арап, – докончил Николай с радостной улыбкой, – как же не помнить? Я и теперь не знаю, что это был арап, или мы во сне видели, или нам рассказывали.
– Он серый был, помнишь, и белые зубы – стоит и смотрит на нас…
– Вы помните, Соня? – спросил Николай…
– Да, да я тоже помню что то, – робко отвечала Соня…
– Я ведь спрашивала про этого арапа у папа и у мама, – сказала Наташа. – Они говорят, что никакого арапа не было. А ведь вот ты помнишь!
– Как же, как теперь помню его зубы.
– Как это странно, точно во сне было. Я это люблю.
– А помнишь, как мы катали яйца в зале и вдруг две старухи, и стали по ковру вертеться. Это было, или нет? Помнишь, как хорошо было?
– Да. А помнишь, как папенька в синей шубе на крыльце выстрелил из ружья. – Они перебирали улыбаясь с наслаждением воспоминания, не грустного старческого, а поэтического юношеского воспоминания, те впечатления из самого дальнего прошедшего, где сновидение сливается с действительностью, и тихо смеялись, радуясь чему то.
Соня, как и всегда, отстала от них, хотя воспоминания их были общие.
Соня не помнила многого из того, что они вспоминали, а и то, что она помнила, не возбуждало в ней того поэтического чувства, которое они испытывали. Она только наслаждалась их радостью, стараясь подделаться под нее.
Она приняла участие только в том, когда они вспоминали первый приезд Сони. Соня рассказала, как она боялась Николая, потому что у него на курточке были снурки, и ей няня сказала, что и ее в снурки зашьют.
– А я помню: мне сказали, что ты под капустою родилась, – сказала Наташа, – и помню, что я тогда не смела не поверить, но знала, что это не правда, и так мне неловко было.
Во время этого разговора из задней двери диванной высунулась голова горничной. – Барышня, петуха принесли, – шопотом сказала девушка.
– Не надо, Поля, вели отнести, – сказала Наташа.
В середине разговоров, шедших в диванной, Диммлер вошел в комнату и подошел к арфе, стоявшей в углу. Он снял сукно, и арфа издала фальшивый звук.
– Эдуард Карлыч, сыграйте пожалуста мой любимый Nocturiene мосье Фильда, – сказал голос старой графини из гостиной.
Диммлер взял аккорд и, обратясь к Наташе, Николаю и Соне, сказал: – Молодежь, как смирно сидит!
– Да мы философствуем, – сказала Наташа, на минуту оглянувшись, и продолжала разговор. Разговор шел теперь о сновидениях.
Диммлер начал играть. Наташа неслышно, на цыпочках, подошла к столу, взяла свечу, вынесла ее и, вернувшись, тихо села на свое место. В комнате, особенно на диване, на котором они сидели, было темно, но в большие окна падал на пол серебряный свет полного месяца.
– Знаешь, я думаю, – сказала Наташа шопотом, придвигаясь к Николаю и Соне, когда уже Диммлер кончил и всё сидел, слабо перебирая струны, видимо в нерешительности оставить, или начать что нибудь новое, – что когда так вспоминаешь, вспоминаешь, всё вспоминаешь, до того довоспоминаешься, что помнишь то, что было еще прежде, чем я была на свете…
– Это метампсикова, – сказала Соня, которая всегда хорошо училась и все помнила. – Египтяне верили, что наши души были в животных и опять пойдут в животных.
– Нет, знаешь, я не верю этому, чтобы мы были в животных, – сказала Наташа тем же шопотом, хотя музыка и кончилась, – а я знаю наверное, что мы были ангелами там где то и здесь были, и от этого всё помним…
– Можно мне присоединиться к вам? – сказал тихо подошедший Диммлер и подсел к ним.
– Ежели бы мы были ангелами, так за что же мы попали ниже? – сказал Николай. – Нет, это не может быть!
– Не ниже, кто тебе сказал, что ниже?… Почему я знаю, чем я была прежде, – с убеждением возразила Наташа. – Ведь душа бессмертна… стало быть, ежели я буду жить всегда, так я и прежде жила, целую вечность жила.