Comunicat de presă Călătoria este scopul
Foto: CAU/Claudia Eulitz
„Jubilare”, Matthias Mecklenburg s-a grăbit să se adreseze profesorului Karl Schulte. Motivul euforiei sale: tânărul om de știință tocmai descoperise o schimbare a materialului examinat la microscop, ceea ce i-a oferit doctorandului „Sistemelor de materiale integrate” din cadrul Clusterului de Excelență al Statului Hamburg o idee de pionierat. Asta a fost într-o zi din septembrie 2010. În această săptămână, doctorandul și conducătorul său de doctor, profesorul Karl Schulte, împreună cu colegii lor din echipa de oameni de știință conduși de profesorul Rainer Adelung de la Universitatea Christian Albrechts din Kiel (CAU), au cel mai ușor material din lume Lumea a introdus: „aerografitul”. Rezultatele senzaționale ale cercetătorilor oamenilor de știință din Hamburg și Kiel reprezintă povestea revistei de specialitate „Advanced Materials” (3 iulie) și, de atunci, a făcut titlu în mass-media la nivel național. Aerografitul ar putea fi util pentru mașinile electrice și bicicletele electrice, iar utilizarea în electronica aeronautică și prin satelit și pentru purificarea apei este de asemenea concepută.
Coincidență sau rezultatul unei căutări vizate? „Căutam structuri de carbon din rețea tridimensională și atunci am descoperit acest material”, spune Schulte. Recunoscutul cercetător în materiale aparține grupului de oameni de știință care efectuează, de asemenea, cercetări fundamentale asupra materialelor inovatoare în zona de cercetare colaborativă „Sisteme de materiale personalizate pe mai multe scări” aprobată de Fundația Germană de Cercetare la TUHH în mai.
"Dezvoltarea noastră declanșează discuții pline de viață în cercurile științifice. Aerographite este de mai mult de patru ori mai ușoară decât titularul recordului mondial anterior", spune tânărul om de știință Matthias Mecklenburg. Acest material de nichel, care a fost prezentat în urmă cu șase luni și a fost considerat cel mai ușor material până la actuala publicație, a constat, de asemenea, dintr-un mic sistem de tuburi. Cu toate acestea, de la început, nichelul are o greutate atomică mai mare. "Putem produce, de asemenea, tuburi care constau din pereți poroși și, prin urmare, sunt extrem de ușoare", adaugă Arnim Schuchardt, coautor și doctorand la CAU. Analiștii Kiel Profesorul Lorenz Kienle și Dr. Andriy Lotnyk descifrând cu microscopul electronic de transmisie.
„Vă puteți gândi la aerografit ca la o rețea de iederă în creștere rapidă, care se învârte în jurul unui copac, îndepărtându-l în sine”, spune Adelung, explicând procesul de fabricație. Arborele este un așa-numit șablon de sacrificiu, adică un mijloc pentru un scop. Echipa CAU, formată din Arnim Schuchardt, Rainer Adelung, Yogendra Mishra și Sören Kaps, a folosit un oxid de zinc praf pentru a produce șablonul. Au adus acest lucru într-o formă cristalină încălzindu-l într-un cuptor la 900 de grade Celsius. În procesarea ulterioară, oamenii de știință din Kiel produc un fel de tabletă. În acesta, oxidul de zinc finit formează micro și nanostructuri, numite tetrapode (a se vedea, de exemplu, Figura 4), care se pătrund reciproc și astfel conectează ferm particulele individuale pentru a forma tableta poroasă. Tetrapodele sunt rețeaua pe baza căreia este creat aerografitul.
Matthias Mecklenburg, Yogendra Kumar Mishra, Arnim Schurchardt, Lorenz Kienle, Karl Schulte, Sören Kaps, Rainer Adelung. (nu în imagine: co-autor Andriy Lotnyk).
Foto: CAU/Claudia Eulitz
În etapa următoare, materialul în formă de peletă este plasat în reactor la 760 grade Celsius pentru depunerea chimică a vaporilor la TUHH. "Într-o fază gazoasă care curge, îmbogățită cu carbon, oxidul de zinc este învelit într-un strat de grafit gros de doar câteva straturi atomice, creând structura rețelei crescute a aerografitului. Hidrogenul care este alimentat în același timp reacționează cu oxigenul din oxidul de zinc. Vaporii de apă și zincul scapă ca gaz", spune Schulte. Ceea ce rămâne este structura carbonică tipic reticulată și tubulară. Tânărul om de știință TUHH Mecklenburg: „Cu cât scoatem zincul mai repede în procesul nostru, cu atât pereții tuburilor sunt mai găuriți și cu atât materialul devine mai ușor. Există încă multă libertate”. Și colegul său Schuchardt de la Kiel adaugă: „Lucrul drăguț este că putem influența în mod specific proprietățile aerografite: coordonăm în permanență forma șablonului aici la Kiel și procesul de depunere la Hamburg”.
Datorită proprietăților speciale ale materialului aerografit, acesta ar putea fi adaptat în mod ideal, de exemplu, în bateriile Li-ion. Aceasta înseamnă că trebuie utilizată doar o cantitate minimă de electroliți ai bateriei, ceea ce ar trebui să ducă la o reducere importantă a greutății bateriilor. Autorii au subliniat deja această utilizare în publicația recent publicată. Aceste baterii mai mici pot fi utilizate în mașinile electrice sau bicicletele electrice. Astfel, materialul contribuie, printre altele, la dezvoltarea mijloacelor de transport ecologice.
Oamenii de știință văd alte aplicații în fabricarea materialelor plastice neconductoare conductoare electric cu ajutorul aerografitului fără ca acestea să se îngrașe. În acest fel, pot fi evitate sarcinile statice care sunt familiare din viața de zi cu zi.
Numărul de aplicații suplimentare pentru ceea ce este în prezent cel mai ușor material din lume este limitat doar de imaginația oamenilor de știință. De îndată ce aerograful a devenit cunoscut, ideile au fost, de asemenea, strălucitoare printre colegii din diferite departamente. Se ia în considerare utilizarea în electronica aeronautică și prin satelit, deoarece acestea trebuie să poată rezista vibrațiilor deosebit de mari. Materialul are, de asemenea, un mare potențial în purificarea apei. Ca sorbent pentru poluanții persistenți ai apei, ar putea să se oxideze electrochimic, adică să se descompună și, astfel, să îi degradeze. Avantajele aerografitului, stabilității mecanice, conductivității electrice și suprafeței ridicate ar intra în joc. Aceste beneficii sunt utile și pentru curățarea potențială a aerului exterior pentru incubatoare sau ventilatoare.
Cercetarea de bază este încă în curs de desfășurare. Pot dura încă zece până la 30 de ani înainte ca acestea să poată fi utilizate în producția industrială.
Mai multe informații la:
Publicație originală: "Aerographite: Material ultra-ușor, flexibil Nanowall, material din microtuburi de carbon cu performanțe mecanice remarcabile"; DOI: 10.1002/adma.201200491
Ilustrații și alte materiale sunt disponibile pentru descărcare:
Legenda: Ilustrația prezintă o secțiune de microscop electronic din cel mai ușor material din lume: aerografit. Tuburile deschise de carbon formează o rețea fină și permit astfel o densitate scăzută de până la 0,2 miligrame pe centimetru cub.
Legenda: În reactor la temperaturi peste 760 grade Celsius, zincul gazos și vaporii de apă scapă. În imagine: oxidul de zinc poate fi încă văzut în zonele întunecate. Ceea ce rămâne este învelișul grafitic (zone luminoase).
Legenda: În timpul procesului de creație, așa-numitul șablon sacrificial, oxidul de zinc cristalin (aici alb strălucitor), este descompus de hidrogen. Vapori de apă și zinc scapă. Tuburile aerografitului rămân.
Legenda: Tetrapodele de oxid de zinc formează baza ideală pentru aerografitul material robust.
Legenda: Aerografitul aproape terminat: Structuri fascinante cu un potențial incredibil, de exemplu în fabricarea bateriilor.
Subtitrare: Aerografitul este hidrofug, mai negru decât negru (în curs de investigare) și conductiv electric.
Legenda: Aerographite poate fi comprimat până la 95% și apoi separat din nou. Spre deosebire de alte materiale, acest lucru îl face chiar și mai rigid (diametru de nouă milimetri).
Legenda: Masele foarte mici ale aerografitului permit schimbări de direcție foarte rapide. Mai întâi se ridică, apoi sare pe tija de plastic și se întoarce pe masă: astfel Aerographite preia sarcina de pe tijă și o transferă pe masă.
Mai multe fotografii din prezentarea aerografitului vor fi disponibile după conferința de presă.