Materiālu meklējumi, kas spēj samazināt enerģijas patēriņu un uzlabot strukturālās īpašības, ir kļuvuši par galveno rūpniecības un zinātnes darbības virzienu. Šajā kontekstā vieglākā no zināmajām cietajām vielām radīšana laboratorijas apstākļos ir kļuvusi par svarīgu sasniegumu.
Saturs
Zema blīvums nenozīmē trauslumu, bet drīzāk mehāniskās īpašības, kas to padara pārāku par daudziem tradicionālajiem materiāliem . Šis līdzsvars, bez šaubām, ir piesaistījis laboratoriju un uzņēmumu interesi, kuri meklē efektīvākas alternatīvas no konstrukcijas un ekoloģijas viedokļa.
Kāds ir vieglākais cietais materiāls pasaulē, kas ir izturīgāks par tēraudu?
Aerogēns , kas pazīstams arī kā grafēna aerogēls , saskaņā ar daudziem pētījumiem , tiek uzskatīts par vieglāko cieto materiālu, kāds jebkad ir izgatavots. Tā blīvums ir aptuveni 0,16 miligrami uz kubikcentimetru , kas ir ārkārtīgi zems rādītājs salīdzinājumā ar tradicionālajiem materiāliem, ko izmanto rūpniecībā.
Kā izskaidrots pētījumā, kas publicēts žurnālā ECS Transactions, šis savienojums rodas, apvienojot divus materiālus, kas jau ir pazīstami ar savu vieglumu un fizikālajām īpašībām: aerogēlu un grafēnu. Aerogēls izceļas ar porainu struktūru un minimālu svaru, bet grafēns ir divdimensionāla oglekļa forma, kas pazīstama ar savu izturību un vadītspēju.
Rezultātā rodas cieta viela, kas, neskatoties uz savu trauslumu, piemīt ļoti augsta īpatnējā izturība . Dažādi testi, piemēram, publicētais žurnālā Materials , ir parādījuši, ka tas var izturēt ievērojamu slodzi un atjaunot savu formu pēc spēcīgas saspiešanas , kas ir reta parādība materiāliem ar tik zemu blīvumu.
Mehāniskās īpašības un uzvedība aerogrēnam, vieglākajam cietajam materiālam pasaulē.
Viens no interesantākajiem aerogrēna aspektiem ir tā mehāniskās īpašības. Neskatoties uz to, ka tas ir vieglākais cietais materiāls, tā izturība var būt desmit reizes lielāka nekā tēraudam, ja to aplūko no izturības un svara attiecības viedokļa.
Starp svarīgākajām īpašībām ir:
- Augsta elastība, spēja izturēt deformācijas vairāk nekā 90 % bez neatgriezeniskiem bojājumiem.
- Efektīva slodzes sadale pateicoties porainai iekšējai struktūrai.
- Ilgstoša mehāniskā stabilitāte, kas saglabājas pat pēc desmitiem tūkstošu saspiešanas ciklu.
Aerogrāfena Junga modulis, kas mēra materiāla stingrību, mainās atkarībā no tā blīvuma un iekšējās struktūras, sasniedzot augstas vērtības materiālam ar šādām īpašībām. Šī viegluma un izturības kombinācija izskaidro, kāpēc to pēta kā perspektīvu alternatīvu smagākiem metāla vai kompozītmateriāliem.
Turklāt tā struktūra, kas balstīta uz sp² oglekļa saiknēm, nodrošina ievērojamu izturību pret nogurumu, kas ir izšķirošs faktors rūpnieciskai izmantošanai, kur ilgmūžība ir ārkārtīgi svarīga.
Kādās nozarēs var izmantot aerogrāfenu un kāds ir tā potenciāls?
Lai gan aerogrāfenu joprojām attīsta, tā potenciālās lietošanas jomas aptver daudzus sektorus. Interese par to neaprobežojas ar tā statusu kā vieglākais cietais materiāls, bet attiecas arī uz tā siltuma, elektrības un ķīmiskajām īpašībām .
Aeroskosmiskajā nozarē to pēta kā konstrukcijas komponentu, lai samazinātu svaru, neietekmējot izturību. Enerģētikas nozarē tas kļūst par perspektīvu kandidātu bateriju un superkondensatoru efektivitātes palielināšanai, pateicoties tā augstajai vadītspējai un lielajai iekšējai virsmai. Tiek pētīta arī tā izmantošana elektroniskajos sensoros , siltumizolācijā un modernajos pārklājumos .
Citi pētījumi izpēta tā spēju absorbēt eļļas un piesārņojošas vielas, kas paver iespējas tā izmantošanai notekūdeņu apsaimniekošanā un vides attīrīšanā. Tā porainā struktūra ļauj tam uztvert šķidrumus, neizjaucot savu integritāti, kas ir īpaši vērtīgi situācijās, kad nepieciešams likvidēt noplūdes.
Aerogrāfs tika izstrādāts 2013. gadā zinātnieku grupai no Džedzjanas universitātes Ķīnā, izmantojot grafēna oksīda liofilizācijas procesu kombinācijā ar oglekļa nanocaurulēm. Šī metode ļāva viņiem no materiāla izdalīt skābekli un iegūt stabilu trīsdimensiju struktūru.
Attiecībā uz šī materiāla potenciālo izmantošanu dabas aizsardzības nolūkos, Gao Čao, vadošais pētnieks šajā projektā, toreiz teica: „Iespējams, mēs varēsim izkliedēt šo materiālu jūrā naftas noplūdes gadījumā, lai tas to ātri uzsūktu”.
