Forskere foreslår at bruge et kryptozoisk mineral til at skabe nye lette kulstofkompositter

Forskere ved MISIS University og Skoltech har udviklet en teknologi til fremstilling af et nyt kompositmateriale baseret på shungit og kulfibre i en grafitmatrix. På grund af kombinationen af ​​lav densitet, høj styrke og kemisk stabilitet ved høje temperaturer, kan den bruges til at producere brændselsceller, superkondensatorer og næste generations flymotorkomponenter. Værket blev udgivet i Polymers .

Kompositter med kulstoffyldstoffer er meget udbredt i moderne industri. De kan bruges til produktion af enheder og udstyr, der fungerer under ekstreme forhold, på grund af deres unikke egenskaber - høj kemisk og temperaturbestandighed. I modsætning til tunge ildfaste metaller, der let oxideres ved høje temperaturer, har kulstofmaterialer exceptionel høj temperaturbestandighed og lav vægt. Samtidig varierer egenskaberne af forskellige kulstofmaterialer meget - fra diamant til grafit.

Materialeforskere udvikler nu en ny klasse af kompositmaterialer bestående af forskellige kulstofforstærkende fyldstoffer i en grafitmatrix opnået ved forkulning, dvs. transformation af en polymer til et kulstofmateriale.

Forskere fra MISIS University og Skoltech har præsenteret teknologien til hurtig og økonomisk produktion af en sådan komposit og identificeret de optimale parametre for varmebehandling for at opnå den bedste ydeevne med hensyn til "revnemodstand" - det vil sige modstand mod initiering og udbredelse af revner, der i høj grad bestemmer styrken for skøre og næsten skrøbelige materialer.

Kompositsynteseprocessen svarer til at "bage" en "dej" lavet af en elastomer (en blød gummi-type polymer) forstærket med et "fyld" ved flere temperaturer over 180ºC. Den korte kulfiber, der ofte bruges som "fyld", er dog ret dyr, og dens tilgængelige volumen er begrænset. Derfor blev de korte kulfibre i det nye materiale delvist importsubstitueret med shungit. Shungite er en unik prækambrisk bjergart bestående af næsten 100 % kulstof, som først blev opdaget i Rusland.

Resultatet af forarbejdningen er berigelsen af ​​det oprindelige produkt med kulstof ledsaget af samtidig omstrukturering. Den letformede polymer bliver derved omdannet til en af ​​de mest stabile kulstofforbindelser, såsom grafit eller diamant. På grund af disse materialers unikke stivhed er det næsten umuligt at bearbejde nødvendige deleformer af grafit eller diamant.

"Formålet med denne undersøgelse var at optimere forkulningsprocessen for at øge revnemodstanden afhængigt af forarbejdningstemperaturen og den oprindelige blandingssammensætning, nemlig volumenfraktionen af ​​forstærkningsfaserne. Der blev foretaget en omhyggelig udvælgelse af betingelser for at opnå de højeste værdier af den kritiske stressintensitetsfaktor i prøver, der er carboniseret ved en temperatur på 280 grader Celsius," siger Alexey Salimon, Ph.D., medforfatter og leder af Institut for Fysisk Kemi.

Forskerne forventer, at de opnåede materialer kan finde anvendelse til fremstilling af nøgledele af brændselsceller (anordninger til direkte omdannelse af brændstoffets kemiske energi til elektrisk energi uden forbrænding), komponenter af kemisk modstandsdygtigt udstyr, komplekst pumpeudstyr til olieproduktion på rekordhøje dybder og under de hårdeste forhold (sand, svovlbrinte, temperatur over 200 grader Celsius). Et andet lovende område for brugen af ​​nye materialer vil være at skabe en ny generation af flymotorkomponenter. + Udforsk yderligere

Forskere udvikler ny proces til fremstilling af ekstremt varmebestandige kulstof-kulstof-kompositter