Ученые нашли способ структурно усилить графен в два раза


Материал графен представляет собой двумерную модификацию углерода толщиной в один атом с кристаллической решеткой гексагонального вида. Ученые очень заинтересованы в этом материале, поскольку он обладает рядом свойств, делающих его практически универсальным и применимым в совершено любой сфере производства. А еще этот материал теоретически считается самым прочным веществом в мире.

Материаловеды из Университета Райса в Хьюстоне (США) нашли способ, как сделать графен существенно прочнее его изначального состояния. Как? Благодаря включенным в его структуру углеродным нанотрубкам. Исследователи также сообщают, что смогли добиться в трехмерных структурах на основе графена уровня прочности до 10 раз превышающего изначальный показатель. О результатах проделанной работы ученые поделились в журнале ACS Nano.

«Мы продемонстрировали возможность выращивать графен с интегрированными нанотрубками. Мы называем такой графен арматурным. Но в отличии от того же арматурного бетона, где для упрочнения структуры используются стальные прутья, в арматурном графене мы используем углеродные нанотрубки», — объясняет глава исследования Джеймс Тур, профессор материаловедения и наноинженерии из Университета Райса.

Несмотря на свою прочность, в 100 раз превышающую прочность стали, объясняет профессор Тур, структурные дефекты в местах соединения кристаллической решетки, а также его тонкость способны снижать изломостойкость материала. На практике это означает, что графен не способен достичь своего теоретического максимума прочности. Однако интеграция углеродных нанотрубок в структуру графена в процессе его производства позволяет его усилить и снизить вероятность трещин в его кристаллической решетке.

Само производство арматурного графена выглядит следующим образом. Сначала ученые создали нанонтрубки, обернув вокруг медной подложки одноатомный слой углерода, а уже затем приступили к выращиванию графена вокруг созданных углеродных нанотрубок с помощью процесса плазмохимического осаждения из газовой фазы.

«Это привело к появлению химической ковалентной связи между графеновым слоем и нанотрубками», — говорит Тур.

С практической точки зрения новый процесс производства структурно усиленного графена не наделяет материал новыми свойствами, но весьма значительно увеличивает возможность его применения в реальных условиях, поскольку его реальная эффективность чаще всего ограничивается лишь слабыми звеньями в его структуре.

«Это позволяет делать с графеном те вещи, которые изначально предполагались, но небыли возможны из-за вероятных дефектов», — говорит Тур.

В предыдущих тестах ученые из Университета Райса установили, что показатель естественной изломостойкости обычного графена составляет 4 мегапаскаля. Проверка арматурного графена в среднем показала изломостойкость на уровне 10,7 мегапаскаля. Как уже отмечалось выше, разница становится еще более очевидной при использовании созданных на базе графена трехмерных структур.

Читать ещё:  Пять технологических экспертов поделились своими страхами и опасениями в отношении ИИ

Далее ученые хотят подумать над тем, как масштабировать производственный процесс, сделав свое открытие реально практичным и применимым в реальных условиях.

«Мы хотим добиться масштабируемости производства, чтобы такой усиленный графен можно было создавать в больших объемах. Это реально изменило бы многие вещи. Именно к этому мы стремимся», — добавил Тур.



Оставить комментарий

avatar