Gummi carbon aerogeler udvider applikationer i høj grad

Forskere har designet carbon aerogeler, der kan strækkes reversibelt til mere end tre gange deres oprindelige længde, udviser elasticitet, der ligner en gummibånds. Ved at tilføje reversibel strækbarhed til aerogels eksisterende egenskaber (som allerede inkluderer en ultralav massefylde, let vægt, høj porøsitet, og høj ledningsevne), resultaterne kan føre til en lang række nye anvendelser af carbon aerogeler.

Forskerne, ledet af Chao Gao, Zhen Xu, og andre ved Zhejiang University, har udgivet et papir om de meget strækbare carbon aerogeler i en nylig udgave af Naturkommunikation .

"Vi viste muligheden for, at pæne uorganiske materialer også kan besidde gummiagtig elasticitet, "fortalte medforfatter Fan Guo ved Zhejiang University Phys.org . "Den gummiagtige carbon-aerogel åbner en ny materialeart, der kombinerer ultralethed, temperatur-invariant høj elasticitet, og robust mekanisk ydeevne. "

På grund af den stigende efterspørgsel efter strækbar elektronik, forskere har for nylig undersøgt metoder til forbedring af carbon aerogels elasticitet, som typisk ikke er særlig elastiske.

I det nye værk, forskerne designet carbon aerogeler bestående af både grafen (et todimensionalt materiale) og multi-walled carbon nanorør (CNT'er, et endimensionelt materiale), samlet i fire ordener af hierarkiske strukturer lige fra nanometer til centimeters skala. For at fremstille materialet til aerogeler, forskerne skabte en blæk sammensat af grafenoxid og nanorør, og dannede aerogeler via inkjet -udskrivning.

I test, forskerne demonstrerede, at de nye aerogeler udviser en trækstyrke, der er 5 gange højere end tidligere aerogels. De fandt ud af, at stærk atombinding mellem grafen og CNT resulterer i en synergistisk effekt, hvilket fører til større strækelasticitet og stabilitet. Ud over, de nye aerogeler kan modstå ekstreme temperaturer, i modsætning til de fleste tidligere forsøg på strækbare aerogeler, hvor aerogeler bliver viskøse eller sprøde, når de udsættes for varme eller kulde.

For at demonstrere en mulig ansøgning, forskerne fastgjorde tre af de nye strækbare aerogeler på leddene i en slangelignende robot. Aerogelerne fungerer som sensorer til at overvåge robotens bevægelser og konfigurationer. I modsætning til konventionelle sensorer, der kun kan detektere envejsdeformation, aerogelsensorerne kan skelne mellem flere konfigurationer, hvilket tyder på muligheden for en ny generation af sensorer med mulighed for logisk identifikation af sofistikerede formændringer.

Andre potentielle anvendelser af de strækbare aerogeler omfatter bærbare elektroniske enheder, rumfartsapplikationer, energiproduktion og -lagring, såvel som at bruge dem som lette mekaniske enheder, især under ekstreme temperaturforhold.

"Denne gummiagtige carbon -aerogel åbner mange muligheder, "Sagde Guo." Først styrken og Youngs modul [et mål for trækelasticitet] af carbongummi er lavere end for polymerelastomerer. Generelt, Youngs modul af polymergummi er 1-2 størrelsesordener højere end vores carbongummi.

"Sekund, vi bestræber os på at gøre carbon aerogeler mere mekanisk robuste for at bære ekstreme og komplicerede deformationer, såsom højere forlængelse og vridning. I mellemtiden, flere anvendelser af dette nye kulgummi kan undersøges, og andre typer uorganiske gummier kan opnås ved hjælp af denne hierarkiske synergistiske samlingsmetode. "

© 2018 Phys.org