Новий матеріал, графено – нанотрубчаста піна

Графен відомий всім у більшій частині як перший двомірний матеріал, отриманий вченими.

Однак, його найтонша плоска двовимірна структура якраз і є перешкодою до використання цілого ряду дивовижних властивостей графена, високою механічною міцністю, легкості і відмінною провідності по відношенню до електрики і тепла. Не так давно вчені з Массачусетського технологічного інституту розробили новий “тривимірний” матеріал на основі графену, який в 10 разів більш міцний, ніж сталь , а тепер учені з університету Райс, продовживши попередню роботу, створили матеріал на основі графену, укріпленого вуглецевими нанотрубками. Отримана “піна” може бути відформована пресуванням і вона витримує без змін своєї структури вплив ваги, в 3 тисячі разів перевищує її власну вагу.

Основою міцності нового матеріалу є вуглецеві нанотрубки з декількома концентричними оболонками, свого роду нанотрубками всередині інших нанотрубок. Для того, щоб поєднати Гарфен з нанотрубками вчені використовували порошок нанотрубок, перемішаний з нікелевим каталізатором і цукром, який був джерелом додаткового вуглецю. Отримана суміш була поміщена під високий тиск шляхом її стискання за допомогою гвинта, і відправлена в піч, де підтримувалася задана висока температура. Цукор в суміші розпався на вуглець і інші складові частини, а вуглець під впливом каталізатора звернувся в графен. Отримана заготовка була очищена від нікелю і інших домішок хімічним шляхом, що залишило в руках вчених структуру з пенообразного матеріалу, що складається з чистого вуглецю.

Коли зразки отриманого матеріалу були поміщені під електронний мікроскоп, вчені побачили, що зовнішні шари нанотрубок розпустилися, немов з однією з їх сторін “порозстібали змійку”, і об’єдналися з графеном, який вийшов в результаті процесу осадження вуглецю з парообразной фази. В результаті високого зчеплення між елементами цього матеріалу він, матеріал, витримує без змін структури вага, в 3 тисячі разів перевищує його власну вагу. А при впливі на нього ваги в 8500 разів перевищує його вагу, структура матеріалу деформується на 25 відсотків від початкової розміру. І, після зняття навантаження, матеріал повністю відновлює свою початкову форму. Для порівняння, “піна”, що складається з графена, що не укріпленого вуглецевими нанотрубками, може витримати зусилля, всього в 150 разів перевищує її власну вагу.

Як уже згадувалося вище, новий пенообразний вуглецевий матеріал може бути відформований будь-яким способом. І для демонстрації цього вчені виготовили з нового матеріалу зразки електродів для літій-іонних акумуляторних батарей і суперконденсаторів, які мають високу механічну міцність, хімічну стабільність і великим значенням ефективної площі поверхні.