Аэрографит представляет собой синтетическую пену , состоящую из трубчатых волокон углерода . Плотность материала составляет 0,18 мг/см ³ (0,18 кг/м ³ ), что позволяет назвать данный материал одним из самых легких 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 sp ² 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/см ³ до 0,2 мг/см ³ . А в сжатом состоянии эти показатели могут составлять 37 См/м при плотности 50 мг/см ³ . 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/см ³ и 1 кПа при 0,18 мг/см ³ . Для сравнения — предел прочности для аэрогеля равен 16 кПа при плотности 100 мг/см ³ . Модуль Юнга для натяжения примерно равен 15 кПа при 0,2 мг/см ³ , однако для сжатия он намного ниже и может колебаться от 1 кПа при 0,2 мг/см ³ до 7 кПа при 15 мг/см ³ . Аэрографит обладает свойством , 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 , 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

• Mecklenburg, Matthias; Schuchardt, Arnim; Mishra, Yogendra Kumar; Kaps, Sören; Adelung, Rainer; Lotnyk, Andriy; Kienle, Lorenz; Schulte, Karl. Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2012. — Vol. 24 , no. 26 . — P. 3486—3490 . — doi : . — .