Cara baharu untuk mendapatkan airbrushed 03.05.2015

Apabila kita bercakap tentang sesuatu yang ringan dan tidak berat, kita sering menggunakan kata sifat "udara". Walau bagaimanapun, udara masih mempunyai jisim, walaupun kecil - satu meter padu udara beratnya lebih sedikit daripada satu kilogram. Adakah mungkin untuk mencipta bahan pepejal yang akan menduduki, sebagai contoh, satu meter padu, tetapi pada masa yang sama beratnya kurang daripada satu kilogram? Masalah ini telah diselesaikan pada awal abad yang lalu oleh ahli kimia dan jurutera Amerika Stephen Kistler, yang dikenali sebagai pencipta aerogel.

Struktur makro bercetak 3D berus udara memberikan sifat mekanikal yang unik tanpa kehilangan sifat "graphene". Kredit: Ryan Chen/LLNLstruktur makro bercetak 3D berus udara berus udara memberikan sifat mekanikal yang unik tanpa kehilangan sifat "graphene".

Mungkin, bagi kebanyakan orang, persatuan pertama dengan perkataan "gel" dikaitkan dengan beberapa jenis produk kosmetik atau bahan kimia isi rumah. Walaupun, sebenarnya, gel adalah istilah kimia sepenuhnya yang merujuk kepada sistem yang terdiri daripada rangkaian tiga dimensi makromolekul, sejenis rangka kerja, di dalam lompang yang terdapat cecair. Disebabkan oleh rangka kerja molekul ini, gel mandian yang sama tidak tersebar di tapak tangan anda, tetapi mengambil bentuk yang ketara. Tetapi adalah mustahil untuk memanggil gel biasa itu lapang - cecair, yang membentuk sebahagian besarnya, hampir seribu kali lebih berat daripada udara. Di sinilah para penguji datang dengan idea tentang cara membuat bahan ultra-ringan.

Jika anda mengambil gel cecair, dan dalam beberapa cara mengeluarkan air daripadanya, menggantikannya dengan udara, maka akibatnya, hanya rangka gel yang akan kekal, yang akan memberikan kekerasan, tetapi pada masa yang sama tidak mempunyai berat. Bahan ini dipanggil airgel. Sejak dicipta pada tahun 1930, sejenis persaingan telah bermula di kalangan ahli kimia untuk mencipta aerogel paling ringan. Untuk masa yang lama, bahan berasaskan silikon dioksida digunakan terutamanya untuk mendapatkannya. Ketumpatan aerogel silikon tersebut adalah antara persepuluh hingga perseratus gram per sentimeter padu. Apabila tiub nano karbon mula digunakan sebagai bahan, ketumpatan aerogel dikurangkan hampir dua urutan magnitud. Sebagai contoh, airgraphite mempunyai ketumpatan 0,18 mg/cm3. Sehingga kini, tapak tangan bahan pepejal paling ringan adalah milik berus udara, ketumpatannya hanya 0,16 mg / cm3. Untuk kejelasan, kiub meter yang diperbuat daripada kertas berus udara akan mempunyai berat 160 g, iaitu lapan kali lebih ringan daripada udara.

Walau bagaimanapun, ahli kimia didorong oleh bukan sahaja minat sukan, dan graphene sebagai bahan untuk aerogel mula digunakan bukan secara kebetulan. Graphene sendiri mempunyai banyak sifat unik, yang sebahagian besarnya disebabkan oleh strukturnya yang rata. Sebaliknya, aerogel juga mempunyai ciri khas, salah satunya adalah luas permukaan khusus yang besar, yang berjumlah ratusan dan ribuan meter persegi setiap gram bahan. Kawasan yang begitu besar timbul kerana keliangan bahan yang tinggi. Ahli kimia telah berjaya menggabungkan sifat khusus graphene dengan struktur unik aerogel, tetapi penyelidik dari Makmal Kebangsaan Livermore atas sebab tertentu juga memerlukan pencetak 3D untuk mencipta berus udara.

Untuk mencetak aerogel, pertama sekali perlu mencipta dakwat khas berdasarkan graphene oxide. Sebagai tambahan kepada fakta bahawa mereka harus berus udara, adalah perlu bahawa dakwat sedemikian sesuai untuk percetakan 3D. Setelah menyelesaikan masalah ini, ahli kimia mendapat kaedah yang memungkinkan untuk menghasilkan berus udara dengan seni bina mikro yang dikehendaki. Ini sangat penting, kerana sebagai tambahan kepada sifat yang wujud dalam graphene, bahan seperti itu juga akan mempunyai sifat fizikal yang menarik. Sebagai contoh, sampel yang diterima oleh pengarang kajian ternyata sangat anjal - kiub berus udara boleh dimampatkan sepuluh kali tanpa membahayakan bahan, sementara ia tidak kehilangan sifatnya semasa regangan mampatan berulang.

Keupayaan untuk memampatkan berulang kali membezakan berus udara bercetak daripada yang diperoleh dengan cara "biasa". Salah satu aplikasi praktikal berus udara baharu boleh menjadi bateri elektrik yang fleksibel, di mana permukaan dalaman besar bahan akan digunakan sebagai elektrod, manakala struktur bercetak akan memberikan kelenturan yang diingini.