Onderzoekers hebben aerogels van koolstof ontworpen die omkeerbaar kunnen worden uitgerekt tot meer dan drie keer hun oorspronkelijke lengte. het vertonen van elasticiteit vergelijkbaar met die van een rubberen band. Door omkeerbare rekbaarheid toe te voegen aan de bestaande eigenschappen van aerogels (die al een ultralage dichtheid omvatten, lichtgewicht, hoge porositeit, en hoge geleidbaarheid), de resultaten kunnen leiden tot tal van nieuwe toepassingen van koolstofaerogels.

De onderzoekers, geleid door Chao Gao, Zhen Xu, en anderen aan de Zhejiang University, hebben een artikel gepubliceerd over de zeer rekbare koolstofaerogels in een recent nummer van Natuurcommunicatie .

"We toonden de mogelijkheid aan dat nette anorganische materialen ook rubberachtige elasticiteit kunnen hebben, " vertelde co-auteur Fan Guo aan de Zhejiang University: Phys.org . "De rubberachtige koolstofaerogel opent een nieuwe materiaalsoort die ultralichtheid, temperatuur-invariant hoge elasticiteit, en robuuste mechanische prestaties."

Door de groeiende vraag naar rekbare elektronica, onderzoekers hebben onlangs methoden onderzocht om de elasticiteit van koolstofaerogels te verbeteren, die doorgaans niet erg elastisch zijn.

In het nieuwe werk de wetenschappers ontwierpen koolstofaerogels bestaande uit zowel grafeen (een tweedimensionaal materiaal) als meerwandige koolstofnanobuizen (CNT's, een eendimensionaal materiaal), geassembleerd in vier orden van hiërarchische structuren, variërend van nanometer tot centimeter schaal. Om het materiaal in aerogels te fabriceren, de onderzoekers creëerden een inkt bestaande uit grafeenoxide en nanobuisjes, en vormden vervolgens de aerogels via inkjetprinten.

Bij testen, de onderzoekers toonden aan dat de nieuwe aerogels een treksterkte hebben die 5 keer hoger is dan die van eerdere aerogels. Ze ontdekten dat een sterke atomaire binding tussen het grafeen en CNT's resulteert in een synergetisch effect, wat leidt tot een grotere rekelasticiteit en stabiliteit. In aanvulling, de nieuwe aerogels zijn bestand tegen extreme temperaturen, in tegenstelling tot de meeste eerdere pogingen tot rekbare aerogels waarbij de aerogels stroperig of broos worden bij blootstelling aan hitte of kou.

Om een ​​mogelijke toepassing te demonstreren, de onderzoekers bevestigden drie van de nieuwe rekbare aerogels op de gewrichten van een slangachtige robot. De aerogels fungeren als sensoren om de bewegingen en configuraties van de robot te volgen. In tegenstelling tot conventionele sensoren die alleen vervorming in één richting kunnen detecteren, de aerogelsensoren kunnen onderscheid maken tussen meerdere configuraties, suggereert de mogelijkheid van een nieuwe generatie sensoren met de mogelijkheid voor logische identificatie van geavanceerde vormveranderingen.

Andere mogelijke toepassingen van de rekbare aerogels zijn draagbare elektronische apparaten, ruimtevaart toepassingen, opwekking en opslag van energie, en ze ook te gebruiken als lichtgewicht mechanische apparaten, vooral in extreme temperatuuromstandigheden.

"Deze rubberachtige carbon aerogel opent vele mogelijkheden, ' zei Guo. 'Eerst, de sterkte en Young's modulus [een maat voor de trekelasticiteit] van koolstofrubbers zijn lager dan die van polymeerelastomeren. In het algemeen, de Young's modulus van polymeerrubbers is 1-2 orden van grootte hoger dan die van onze koolstofrubbers.

"Tweede, we streven ernaar om koolstofaerogels mechanisch robuuster te maken om extreme en gecompliceerde vervormingen te kunnen verdragen, zoals hogere rek en torsie. In de tussentijd, meer toepassingen van dit nieuwe koolstofrubber kunnen worden onderzocht en andere soorten anorganische rubbers kunnen worden bereikt door middel van deze hiërarchische synergetische assemblagemethode."

© 2018 Fys.org