Forskere producerer ultralet aerogel

Et forskerhold ledet af professor Gao Chao har udviklet ultralet aerogel – det slår rekorden for verdens letteste materiale med overraskende fleksibilitet og olieabsorption. Denne fremgang er offentliggjort i kolonnen "Research Highlights" i Natur .

Aerogel er det letteste stof registreret af Guinness Book of World Records. Den har fået sit navn på grund af dens indre porer fyldt med luft. I 1931, Den amerikanske videnskabsmand Kistler producerede først aerogel med siliciumdioxid, og kaldte det "frossen røg". I 2011 HRL Laboratorium, University of California Irvine, og California Institute of Technology samarbejdede om at udvikle nikkel aerogel med en densitet på 0,9 mg/kubikcentimeter, det rekordletteste materiale på det tidspunkt. Det kunne ikke engang forårsage deformation på mælkebøtteblomster. Billedet af nikkel aerogel blev udvalgt som et af de ti bedste billeder af Natur . Dybt imponeret over billedet, Prof. Gao Chao spurgte sig selv:er det muligt at udfordre grænsen med nyt materiale?

Gao Chaos team har længe udviklet makroskopiske grafenmaterialer, såsom endimensionelle grafenfibre og todimensionelle grafenfilm. Denne gang besluttede de at lave tredimensionelt porøst materiale af grafen for at slå rekorden. I deres laboratorium, reporteren så kulsvampe i forskellige størrelser, så store som tennisbolde eller så små som flaskeprop. Under et elektronmikroskop, kulstof nanorør og grafen understøtter adskillige porer. "Det er lidt ligesom store rumstrukturer såsom store stadioner, med stålstænger som understøtninger og højstyrkefilm som vægge for at opnå både lethed og styrke." Ph.D.-kandidat Sun Haiyan introducerede. "Her, kulstof nanorør er understøtninger, og grafen er væggen."

I rapporterede papirer er kulstofsvampen udviklet af Gaos team rekordholder af letteste materiale, med 0,16 mg/kubikcentimeter, lavere end densiteten af ​​helium. Et relateret papir blev offentliggjort i Avancerede materialer den 18. februar. Men holdet er ikke interesseret i at melde sig til Guinness Book of World Records. Prof. Gao forklarer, at værdien af ​​denne præstation ligger i dens enkle måde at udvikle materialet og den udstillede overlegne ydeevne.

Det grundlæggende princip for udvikling af aerogel er at fjerne opløsningsmiddel i gelen og bevare integriteten. I fortiden, videnskabsmænd brugte normalt sol-gel-metoden og skabelonorienteret metode. Førstnævnte kan syntetisere aerogel i stor skala, men med dårlig styrbarhed. Sidstnævnte kan generere ordnede strukturer; men på grund af dens afhængighed af skabelonernes fine struktur og dimensioner, masseproduktion var mulig. Prof. Gaos team udforskede en ny metode - frysetørringsmetode:de frysetørrede opløsninger af kulstofnanorør og grafen for at få kulstofsvamp, der kan justeres vilkårligt i enhver form. "Uden behov for skabeloner, dens størrelse afhænger kun af beholderens størrelse. Større beholder kan hjælpe med at producere aerogelen i større størrelse, endda til tusindvis af kubikcentimeter eller større."

Titlen på anmeldelse i Nature er "Solid carbon, fjedrende og let". Dette nye materiale er fantastisk. Deres aerogel er ekstremt elastisk, hopper tilbage, når den er komprimeret. Det kan absorbere op til 900 gange deres egen vægt i olie, kun olie ikke vand. Ud over, aerogelen kan absorbere organiske stoffer ved høj hastighed:Et gram af en sådan aerogel kan absorbere 68,8 g organiske stoffer pr. sekund. Det kan være nyttigt til at håndtere olieudslip på havet. "Måske en dag, hvor der opstår olieudslip, vi kan sprede dem på havet og absorbere olien hurtigt. På grund af sin elasticitet, både den absorberede olie og aerogelen kan genbruges." Bortset fra det, aerogelen kan også laves til et ideelt faseskiftende energilagringsisoleringsmateriale, katalytisk bærer eller effektiv komposit.

Det nye materiale er ligesom en nyfødt baby. Forskere udforsker stadig dens applikationer og udsigter med fantasi og kreativitet for at opnå mere praktisk værdi.