Een ontdekking aan de Rice University heeft tot doel voertuigen die op gecomprimeerd aardgas rijden praktischer te maken. Het kan ook de houdbaarheid van gebotteld bier en frisdrank verlengen.

Het Rice-lab van chemicus James Tour heeft een polymeermateriaal verbeterd om het veel ondoordringbaarder te maken voor gas onder druk en veel lichter dan het metaal in tanks die nu worden gebruikt om het gas te bevatten.

De combinatie zou een zegen kunnen zijn voor een auto-industrie die onder druk staat om consumentenauto's op de markt te brengen die goedkoper aardgas gebruiken. Het zou ook een markt kunnen vinden in voedsel- en drankverpakkingen.

Tour en zijn collega's bij Rice en in Hongarije, Slovenië en India rapporteerden deze week hun resultaten in de online editie van het tijdschrift American Chemistry Society ACS Nano .

Door gewijzigd toe te voegen, single-atom-dikke grafeen nanoribbons (GNR's) tot thermoplastisch polyurethaan (TPU), het Rice-lab maakte er 1 van 000 keer moeilijker voor gasmoleculen om te ontsnappen, zei toer. Dat komt door de gelijkmatige verspreiding van de linten door het materiaal. Omdat gasmoleculen niet door GNR's kunnen dringen, ze worden geconfronteerd met een "kronkelig pad" naar vrijheid, hij zei.

De onderzoekers erkenden dat een solide, tweedimensionale laag grafeen zou de perfecte barrière tegen gas kunnen zijn, maar de productie van grafeen in dergelijke bulkhoeveelheden is nog niet praktisch, zei toer.

Maar grafeen nanoribbons zijn er al. Tour's baanbrekende "unzipping"-techniek om meerwandige koolstofnanobuisjes om te zetten in GNR's, voor het eerst onthuld in Nature in 2009, vergunning is verleend voor industriële productie. "Deze worden in bulk geproduceerd, die containers ook goedkoper moeten maken, " hij zei.

De onderzoekers onder leiding van Rice afgestudeerde student Changsheng Xiang produceerden dunne films van het composietmateriaal door GNR's in oplossing te gieten die waren behandeld met hexadecaan en TPU, een blokcopolymeer van polyurethaan dat harde en zachte materialen combineert. De kleine hoeveelheid behandelde GNR's was goed voor niet meer dan 0,5 procent van het gewicht van de composiet. Maar de overlappende linten van 200 tot 300 nanometer breed verspreidden zich zo goed dat ze bijna net zo effectief waren als grafeen met een groot vel bij het bevatten van gasmoleculen. De geometrie van de GNR's maakt ze veel beter dan grafeenplaten voor verwerking tot composieten, zei toer.

Ze testten GNR/TPU-films door aan de ene kant stikstof onder druk te zetten en aan de andere kant een vacuüm. Voor films zonder GNR's, de druk daalde in ongeveer 100 seconden tot nul toen stikstof in de vacuümkamer ontsnapte. Met GNR's van 0,5 procent, de druk kwam niet verder dan 1, 000 seconden, en het daalde slechts iets meer dan 18 uur.

Uit stress- en rektesten bleek ook dat de verhouding van 0,5 procent optimaal was voor het verbeteren van de sterkte van het polymeer.

"Het idee is om de taaiheid van de tank te vergroten en hem ondoordringbaar te maken voor gas, " zei Tour. "Dit wordt steeds belangrijker naarmate autofabrikanten nadenken over het aandrijven van auto's met aardgas. Metalen tanks die aardgas onder druk aankunnen, zijn vaak veel zwaarder dan de autofabrikanten zouden willen."

Hij zei dat het materiaal zou kunnen helpen bij het oplossen van al lang bestaande problemen in voedselverpakkingen, te.

"Weet je nog toen je een kind was, je een ballon zou krijgen en die zou de volgende dag verwelken? Dat komt omdat gasmoleculen door rubber of plastic gaan, " zei Tour. "Het kostte wetenschappers jaren om erachter te komen hoe ze een plastic fles voor frisdrank konden maken. Een keer, je kon geen koolzuurhoudende drank krijgen in iets anders dan een glazen fles, totdat ze erachter kwamen hoe ze plastic moesten aanpassen om de koolstofdioxidebellen te bevatten. En zelfs nu, gebottelde frisdrank gaat na een periode van maanden leeg.

"Bier heeft een groter probleem en, in sommige opzichten, het is het omgekeerde probleem, "zei hij. "Zuurstofmoleculen komen binnen via plastic en zorgen ervoor dat het bier bederft." Flessen die effectief ondoordringbaar zijn, kunnen leiden tot brouwsel dat veel langer vers blijft op de plank, zei toer.