Forskere udvikler innovative hybridmaterialer ud fra plast og grafen

Tyske forskere i det fælles forskningsprojekt "FUNgraphen" sætter deres håb om nye teknologier på en bestemt form for kulstof:De har udviklet nye kulmakromolekyler og molekylære kulstofkompositmaterialer med særlige egenskaber. Molekylerne stammer fra grafen, et stof, der består af individuelle lag af carbonatomer arrangeret i et bikagelignende mønster. Den proces, der tidligere var nødvendig for at gøre brug af dette stof, var kompleks og dyr og derfor af ringe værdi for de fleste plastapplikationer.

En forskningsgruppe ved Freiburg Materials Research Center (FMF) ved Freiburg Universitet ledet af kemikeren prof. Dr. Rolf Mülhaupt, administrerende direktør for FMF, er nu lykkedes med at kombinere grafen med polymerer, gør dem velegnede til plastapplikationer, og forberede dem til materialeoptimering i kilogramskala. Projektet "FUNgraphen, "finansieret af forbundsministeriet for uddannelse og forskning, koordineres i FMF med støtte fra et industrielt rådgivende udvalg. De andre projektpartnere udover FMF er University of Bayreuth, Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) i Berlin, og Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials i Freiburg.

I FMF -processerne individuelle lag af carbonatomer, afledt af naturlig grafit og også vedvarende kulstofkilder, er fysisk og kemisk knyttet til polymerer. Resultatet er gigantiske kulstofmolekyler, såkaldte makromolekyler, som er mindre end en milliontedel af en millimeter tyk, men kan opnå bredder på mere end en hundrededel af en millimeter. De resulterende carbonmakromolekyler og carbonpolymerhybridmaterialer er lette, holdbar, miljøvenligt, og elektrisk ledende. I øvrigt, de er modstandsdygtige over for varme, kemikalier, og stråling og er uigennemtrængelige for gas og væsker. "De har potentialet til i høj grad at forbedre ressource- og energieffektiviteten af ​​plastik, siger Mülhaupt.

Ud over, forskerne spredte flere af disse store kulstofmolekyler i vand, ikke-toksiske opløsninger, og plast til fremstilling af koncentrerede stabile dispersioner uden at kræve hverken bindemidler eller dispergeringshjælpemidler. Disse blandinger kan bruges til at belægge overflader og udskrive ledende carbonfilm samt elektrisk ledende mikromønstre. På denne måde, kulstof kan erstatte dyre overgangsmetaller som palladium eller indium. "Anvendelserne spænder fra trykt elektronik til trykte katalysatorer med et poredesign til fremstilling af finkemikalier med enkel katalysatorgenvinding, " siger Mülhaupt. De trykte ledende kulstoflag er meget mere mekanisk robuste end trykte indiumtinoxidlag. Forskerne på FMF lykkedes også med at mekanisk forstærke plast og gummi med kulstofmakromolekyler og samtidig gøre dem elektrisk ledende, modstandsdygtig over for stråling, og mere gastæt. Disse stoffer er interessante kandidater til anvendelse i antistatiske og uigennemtrængelige brændstoftanke og brændstofledninger, kabinetter, der er afskærmet mod elektromagnetiske forstyrrelser, og gastætte bildæk til reduktion af brændstofforbruget under transport.

Eksempler fra projektpartnernes forskning viser også, at kulstofmakromolekyler er langt mere alsidige end de kulstofnanopartikler, der typisk bruges i dag, og åbner dermed nyt potentiale for udvikling af bæredygtige materialer og teknologier. Prof. Dr. Volker Altstädt fra "FUNgraphen" -teamet ved University of Bayreuth var i stand til væsentligt at reducere cellestørrelserne i skum ved at tilføje kulmakromolekyler. Dette vil give forskerne mulighed for at forbedre de varmeisolerende egenskaber af skum og udvikle nye, yderst effektivt isolerende materiale. "FUNgraphen"-gruppen ledet af Dr. Bernhard Schartel ved BAM er lykkedes med at øge brandbeskyttelseseffekten af ​​halogenfrie flammehæmmere ved at tilføje små blandinger af de nye kulstofmakromolekyler. En plastik, der er udstyret med dette nye materiale, tager ikke ild, selv efter at der er påsat en flamme flere gange - i modsætning til ubeskyttet plast, som deformeres ved høje temperaturer og begynder at brænde med det samme, når de kommer i kontakt med ild.