Сверхпрочный углеродный материал приходит на замену углеродному волокну

Международная исследовательская группа, возглавляемая учеными из Бэйханского университета в Китае и Техасского университета в Далласе, разработала высокопрочные сверхтвердые листы углерода, обладающей в сравнении с традиционными материалами более высокой прочностью, устойчивостью к деформации и намного менее затратным  процессом производства.

Международная исследовательская группа, возглавляемая учеными из Бэйханского университета в Китае и Техасского университета в Далласе, разработала высокопрочные сверхтвердые листы углерода, обладающей в сравнении с традиционными материалами более высокой прочностью, устойчивостью к деформации и намного менее затратным  процессом производства. Статья с результатами эксперимента уже появилась в свежем номере научного журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, где руководитель исследования, доктор Рей Богман, объяснил все аспекты создания нового типа углеродных листов.

Команда изготовила листы нового материала, химически сшивая пластинки графита, который можно найти в обычном карандаше. Такой процесс изготовления привел к тому, что материал получил механические свойства превосходящие механические свойства композитов из углеродного волокна, которое в настоящее время используются в различных отраслях промышленности.

«Этот материал может заменить дорогие композиты из углеродного волокна, которые используются для всего, от самолетов и автомобильных кузовов до лопаток турбин и спортивного оборудования», - сказал Рэй Богман. Современные композиты из углеродного волокна очень дороги в производстве, потому что производятся при чрезвычайно высоких температурах, которые могут превышать 2500 градусов по Цельсию.

«Но, в нашей технологии используется графит, который добывается карьерным способом и обрабатывается при температуре ниже 45 градусов по Цельсию», - сказал доктор Кьюнфенг Ченг, профессор химии в Бэйханского университета. «Лучшие характеристики этого материала совпадают с характеристиками углеродного волокна, к тому же он может поглощать гораздо большую механическую энергию до разрушения, чем композиты из углеродного волокна».

Графит состоит из пластинок, состоящих из уложенных слоев графена . Графен - это просто один слой атомов углерода, расположенный в виде сетки из шестиугольников, где каждый из которых, образован шестью атомами углерода.

«Хотя ученые имеют возможность непрерывно изготавливать большие листы тонкого графена путем высокотемпературной обработки, но это является нецелесообразным», - сказал Чэн. «Нужно было бы собрать около 150 000 таких слоев, чтобы сделать графитовый лист, имеющий толщину человеческого волоса».

 
Исследователи нашли вдохновение в естественном перламутре морских раковин, который придает им прочность. Перламутр состоит из параллельных пластин, которые связаны друг с другом тонким слоем органического материала, подобно тому, как кирпичи в стене удерживаются вместе раствором.

«Вместо механической укладки крупнозернистых графеновых листов мы окисляем пластинки графита микронного размера, чтобы их можно было диспергировать в воде, а затем отфильтровать и создать недорогие листы оксида графена», - сказал Богман. 

«На этом этапе листы являются не прочными», - сказал он. «Трюк, состоит в том, чтобы сшить пластинки в этих листах, используя последовательно инфильтрированные мостиковые агенты, которые соединяют перекрывающиеся соседние пластины, и превращают оксид графена в графен. Ключом к этому процессу является то, что наши мостиковые агенты действуют путем образования ковалентных химических и Ван-дер-Ваальсовых связей».

Листы этого материала были в 4,5 раза прочнее и в 7,9 раза жестче, чем листы, не содержащие агентов, сказал со-автор работы Сийе Ван. «В отличие от композитов из углеродного волокна, здесь не требуется полимерная матрица», - сказал он.

«Поскольку наш материал изготавливается при низких температурах, он имеет низкую стоимость. К тому же, он обладает высокой прочностью, усталостным сопротивлением, высокой электропроводностью и способен экранировать от электромагнитного излучения. Эти свойства делают новые углеродные листы весьма привлекательными для широкого применения». опубликовано econet.ru  Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet