Новости химической науки > Многоцелевая ультра-легкая графеновая структура

Химики из Китая заявляют, что создали самую легкую в настоящее время сетчатую структуру из графена. Материал, который достаточно легок, чтобы лежать на головке созревшего одуванчика, также отличается огнестойкостью и рекордной способностью к адсорбции и электрической емкостью.

В последнее время намечается повышенный интерес к созданию сверхлегких материалов. В прошлом году инженеры из США продемонстрировали материал, созданный из полых металлических трубок, плотность которого составляла всего лишь 0.9 мг/см³, в июле этого года этот рекорд был побит немецкими учеными, представившими «аэрографит» – сеть микротрубок из углерода, плотность которого составляла всего лишь 0.2 мг/см³.

Графеновая структура не только отличается небольшой плотностью. Новый материал также огнеупорен и может сорбировать неполярные жидкости. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201206554)

Хотя новый материал, плотность которого составляет 2.1 мг/см³, и не дотягивает до этих рекордов, он все равно является самой легкой структурой из графена, полученной из графена. Очевидно, что после открытия графена и вручения Нобелевской Премии по физике 2011 года число исследователей, желающих создать практически полезные материалы на основе графена, только увеличивается с каждым годом.

Ляньти Цюй (Liangti Qu) с коллегами разработал графеновую структуру, используя азот для легирования графена и регулирования расстояния между слоями графена. Для получения нового материала исследователи обрабатывали водную суспензию графеноксида пирролом – гетероароматическим соединением, в паровой печи. В данном случае пиррол играет роль «разрыхлителя», не дающего оксиду графена «схлопываться» и позволяющего образовывать объемную структуру. В результате всех операций исследователи получили гель, который осушали вымораживанием, после чего обжигали при высокой температуре.

Получающийся в результате всех операций материал внешне похож на графит, но, как и другие сверхлегкие материалы, вполне может лежать на головке одуванчика, не повреждая ее. Изучение материала с помощью сканирующей электронной микроскопии показало, что низкая плотность материала обеспечивается многочисленными порами материала, жесткость которых обеспечена скелетом графена.

Следует отметить, что с точки зрения практического применения низкая плотность нового материала не является определяющим фактором. Новое производное графена огнестойко и может противостоять неоднократному помещению в пламя, не изменяя при этом своей структуры. Новый материал может адсорбировать неполярные жидкости в количестве от 200 до 600 от своего веса – это рекорд для материалов на основе углерода. И, наконец, материал отличается рекордной удельной емкостью – более 480 Ф/г, это значение приближается к теоретически рассчитанному пределу для чистого графена.

Цюй заявляет, что новый материал может найти применение во многих областях – он превосходит известные углеродсодержащие материалы по целому ряду параметров, при этом низкая плотность может быть и не самым значимым свойством материалом.

Специалист по химии материалов, Райнер Аделунг (Rainer Adelung) из Университета Киля, полагает, что новый материал может найти применение в качестве сверхконденсатора или для поглощения разливов неполярных жидкостей. Исследователь связывает успех практического применения нового материала с количеством материала, которое удастся наработать, однако, он предполагает, что простота методики получения нового материала позволит организовать масштабное получение нового производного графена.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201206554

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химия твердого тела