חוקרים סיניים מפתחים אירוגלים של ננו-פיבר פחמן קשיח סופר-אלסטיים

בהשראת הגמישות והנוקשות של קורי משי מעכבישים טבעיים, צוות מחקר בראשות פרופ 'יו יו שונג מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין (USTC) פיתח שיטה פשוטה וכללית לייצור אירוגלים פחמן קשיחים סופר-אלסטיים ועמידים לעייפות עם ננו-סיבי מבנה רשת באמצעות שרף resorcinol-formaldehyde כמקור פחמן קשה.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

בעשורים האחרונים נבדקו Aerogels פחמן באופן נרחב על ידי שימוש בפחמימות גרפיות ופחמימות רכות, המציגות יתרונות בסופר-אלסטיות. לאווירוגלים אלסטיים אלו לרוב מבנים מיקרו עדינים עם עמידות טובה לעייפות אך בעלי חוזק אולטרה-ספידי. פחמימות קשות מציגות יתרונות גדולים בחוזק מכני וביציבות מבנית כתוצאה ממבנה "בית הקלפים" הנגרם sp3 C. עם זאת, הנוקשות והשבריריות ניתנות בבירור בדרך להשגת אלסטיות עם פחמימות קשות. עד עכשיו, זה עדיין אתגר לבנות אירוגלים מבוססי פחמן קשיחים סופר-אלסטיים.

הפילמור של מונומרים שרף התחיל בנוכחות ננו-סיבים כתבניות מבניות להכנת הידרוג'ל עם רשתות ננו-פיברטיות, ואחריו ייבוש ופירוליזה לקבלת אווירגל פחמן קשה. במהלך הפילמור, מונומרים מונחים על תבניות ומרתכים את מפרקי הסיבים הסיבים, ומשאירים מבנה רשת אקראי עם מפרקים חזקים ומסיביים. יתר על כן, ניתן לשלוט על תכונות פיסיקליות (כגון קוטר של ננו-פיבר, צפיפות אירוגלים ותכונות מכניות) על ידי כוונון פשוט של תבניות וכמות חומרי הגלם.

בגלל ננו-סיבי הפחמן הקשיחים והמפרקים המרותכים בשפע בין הננו-סיבים, האורגולים הפחמניים הקשים מציגים ביצועים מכניים חזקים ויציבים, כולל אלסטיות-על, חוזק גבוה, מהירות התאוששות מהירה במיוחד (860 מ"מ S-1) ומקדם אובדן אנרגיה נמוך ( <0.16). לאחר שנבדק תחת מתח של 50% במשך 104 מחזורים, Airgel פחמן מראה רק 2% עיוות פלסטי, ושמר על 93% מתח מקורי.

Airgel הפחמן הקשיח יכול לשמור על אלסטיות העל בתנאים קשים, כמו למשל בחנקן נוזלי. בהתבסס על התכונות המכניות המרתקות, אווירל פחמן קשה זה מבטיח ליישום חיישני לחץ עם יציבות גבוהה וטווח בילוש רחב (50 KPa), כמו גם מוליכים נמתחים או ניתנים להתפשטות. גישה זו מקיימת הבטחה להרחבה לייצור ננו-סיבים מורכבים אחרים שאינם מבוססים על פחמן ומספקת דרך מבטיחה להפוך חומרים קשיחים לחומרים אלסטיים או גמישים על ידי תכנון המיקרו-מיקרו-ננו-נובי.


זמן הודעה: 13-2020 מרץ