211service.com
Ultrastærkt papir fra grafen
Ved at bruge grafit - de sorte flagende ting, der bruges i blyanter - har forskere ved Northwestern University skabt et stærkt, fleksibelt og let papirlignende materiale. Det kunne bruges som elektrolytter eller brintlagringsmaterialer i brændselsceller, elektroder i superkondensatorer og batterier og supertynde kemiske filtre. Det kan også blandes med polymerer eller metaller for at fremstille materialer til brug i flykroppe, biler og bygninger.
De rigtige ting: Forskere ved Northwestern University har samlet ét-atom-tykke grafenplader, der udgør bløde og flagende grafitkrystaller for at skabe et sejt, fleksibelt, papirlignende materiale.
Det nye materiale er lavet af overlappende lag af grafen, et atom-tykke plader af kulstofatomer arrangeret i honeycomb-lignende sekskanter. I modsætning hertil er grafit, som bliver pulveragtig under tryk, lavet af grafenplader, der er stablet oven på hinanden.
Rodney Ruoff , en nordvestlig nanoingeniørprofessor, der ledede arbejdet, udgivet i Natur i denne uge, siger, at metoderne bag fremstillingen af det nye grafenpapir kan føre til endnu stærkere versioner. Lige nu holder vandmolekyler de individuelle 10 nanometer tykke grafenflager sammen for at skabe det mikrometertykke grafenpapir. Ved at bruge andre kemikalier som lim kunne forskerne lave ultrastærke papirlignende materialer med forskellige egenskaber. Fremtiden er særlig lys, fordi systemet er meget fleksibelt … Kemien er næsten uendelig, siger Ruoff.
Individuelle ark grafen var ikke kendt for at eksistere før for tre år siden, da Andre Geim , en professor i fysik ved University of Manchester, i Storbritannien, brugte klæbende tape til at få et par flager af grafen fra en grafitkrystal. Forskere forstår stadig ikke alle grafens egenskaber, men de ved, at det kan lede elektroner ekstremt godt og er kendt for at være usædvanligt stærkt. Grafen er det hårdeste materiale i verden - hårdere end diamant, siger Geim. Men i grafit er grafenpladerne samlet på en sådan måde, at de ikke binder sig stærkt til hinanden. Så de flager simpelthen af under friktion og skaber en blyants sorte mærker.
Ruoffs idé var at skille grafit ad i individuelle lag og samle dem igen på en anden måde, end de er i grafit. Målet var at finde en måde at lime grafenpladerne sammen på, mens de samles igen, hvilket ville skabe et sejt og fleksibelt materiale.
Da det er svært at adskille grafenpladerne i grafit, brugte forskerne først en syre til at oxidere grafit og lave grafitoxid. Så puttede de grafitoxidet i vand. Individuelle grafenoxidplader adskilles let i vand.
Da forskerne filtrerede suspensionen, lagde grafenoxidflagerne sig på filteret og overlappede tilfældigt med hinanden. Vand limede flagerne sammen; dets hydrogenatomer bundet til carbonatomerne i tilstødende flager. Resultatet var et mørkebrunt, tyndt, fleksibelt grafenoxidpapir. Ved at justere koncentrationen af grafitoxid i vandet ændrede forskerne papirets tykkelse fra 1 til 100 mikrometer.
I et forsøg på at udvikle superstærke letvægtsmaterialer har andre brugt kulstofnanorør. Og det nye grafenoxidpapir er ikke så stærkt som kulstof-nanorør-film, siger Geim. Fordelen ved materialer lavet af kulstof-nanorør er, at de er meget hårdere, fordi de vikler sig ind som spaghetti, siger han. Når du har at gøre med flade lagner, vikler de sig meget lidt ind og er knuse.
Men grafenoxidpapiret har andre vigtige fordele. Grafit er en billig råvare, og filtreringsmetoden er enkel og fører til masser af grafen. Vigtigst er det, at Northwestern-forskernes arbejde åbner en måde at manipulere grafenark og lave papirlignende materialer med forskellige egenskaber.
Når Ruoff og hans kolleger for eksempel oxiderer grafen til grafenoxid, går det kulstofbaserede materiale fra at være en elektrisk leder til at være en isolator. Ruoff siger, at han kan ændre grafens kemi på andre måder for at ændre dets elektriske egenskaber og gøre det til en isolator, en leder eller endda en halvleder.
At elektrisk alsidighed kombineres med et ultrastærkt materiale har nogle iagttagere begejstret. De har ikke brugt nogen hård lim mellem [grafen-blodpladerne], siger Geim. Jeg forventer meget, meget hårde materialer, hvis der bruges en ordentlig lim mellem grafen.