Grafenskum bliver stort og sejt:Nanorør-forstærket materiale kan formes, er meget ledende

En del af ledende grafenskum forstærket med kulstofnanorør kan understøtte mere end 3, 000 gange sin egen vægt og nemt hoppe tilbage til sin oprindelige højde, ifølge Rice University-forskere.

Endnu bedre, den kan laves i stort set enhver form og størrelse, de rapporterede, demonstrerer et skrueformet stykke af det stærkt ledende skum.

Kemikeren James Tours Rice lab testede sin nye "armeringsjernsgrafen" som en meget porøs, ledende elektrode i lithium-ion-kondensatorer og fandt, at den var mekanisk og kemisk stabil.

Forskningen vises i tidsskriftet American Chemical Society ACS anvendte materialer og grænseflader .

Kulstof i form af atomtynd grafen er blandt de stærkeste materialer, man kender og er stærkt ledende; flervæggede kulstof nanorør er meget brugt som ledende forstærkninger i metaller, polymerer og kulstofmatrixkompositter. Tour-laboratoriet havde allerede brugt nanorør til at forstærke todimensionelle ark af grafen. At udvide konceptet til materialer i makroskala gav mening, sagde Tour.

"Vi udviklede grafenskum, men det var ikke hårdt nok til den slags applikationer, vi havde i tankerne, så at bruge kulstof nanorør til at forstærke det var et naturligt næste skridt, " sagde Tour.

De tredimensionelle strukturer blev skabt af en pulveriseret nikkelkatalysator, overfladeaktivt stofindpakket flervæggede nanorør og sukker som kulstofkilde. Materialerne blev blandet og vandet fordampet; de resulterende pellets blev presset ind i en stålmatrice og derefter opvarmet i en kemisk dampaflejringsovn, som gjorde det tilgængelige kulstof til grafen. Efter yderligere behandling for at fjerne rester af nikkel, resultatet var et skum udelukkende af kulstof i form af formen, i dette tilfælde en skrue. Tour sagde, at metoden vil være let at skalere op.

Elektronmikroskopbilleder af skummet viste, at de ydre lag af nanorørene, der var delvist udlukkede, var bundet til grafenen, som forklarede dens styrke og modstandsdygtighed. Grafenskum produceret uden armeringsjernet kunne kun bære omkring 150 gange sin egen vægt, samtidig med at det bibeholdt evnen til hurtigt at vende tilbage til sin fulde højde. Men armeringsjernsgrafen blev irreversibelt deformeret med omkring 25 procent, når det var fyldt med mere end 8, 500 gange dens vægt.

Junwei Sha, en gæstende kandidatstuderende ved Rice og en kandidatstuderende ved Tianjin University, Kina, er hovedforfatter af papiret. Medforfattere fra Rice er postdoktorale forskere Rodrigo Salvatierra, Pei Dong og Yongsung Ji; kandidatstuderende Yilun Li, Tuo Wang, Chenhao Zhang og Jibo Zhang; tidligere postdoc-forsker Seoung-Ki Lee; Pulickel Ajayan, formand for Institut for Materialevidenskab og Nanoteknik, Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson professor i ingeniørvidenskab og professor i kemi; og Jun Lou, professor i materialevidenskab og nanoteknik. Naiqin Zhao, en professor ved Tianjin University og en forsker ved Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering, Tianjin, er også medforfatter. Tour er T.T. og W.F. Chao Chair i Kemi samt professor i datalogi og i materialevidenskab og nanoteknik ved Rice.