Будущее гибкой электроники: учёные создали графеновый аэрогель с невероятными свойствами
Очередное открытие, вдохновлённое природой. Правда, на этот раз речь
идёт не о беспилотниках, в конструировании которых часто помогают насекомые и птицы, а о гибкой электронике.
Болотное растение под названием талия беловатая (Thalia dealbata) вдохновило исследователей на создание нового вида аэрогеля.
Напомним, что к этому классу относятся материалы, представляющие собой
гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие
материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют ряд
уникальных свойств: твёрдость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно
низкую теплопроводность.
Из-за уникальных свойств использование аэрогелей становится всё шире: от улучшения работы топливных элементов до очистки воды и воздуха.
Для гибкой электроники и носимых датчиков аэрогели также
представляются незаменимыми. Однако до недавних пор главной проблемой
для учёных было соединение в одном материале таких качеств, как
прочность и эластичность.
Команде под руководством Хао Бай (Hao Bai) из Чжэцзянского университета (Китай) удалось найти решение,
и помогло им в этом болотное растение. Талия беловатая привлекла
внимание исследователей тем, что способна противостоять даже очень
сильным ветрам: её стебли невероятно гибкие и в то же время прочное.
Именно это и нужно было специалистам для создания нового материала,
поэтому они попытались в лабораторных условиях воспроизвести структуру
стебля растения. "Прочность и упругость обычно являются
взаимоисключающими в обычных аэрогелях. На такие материалы существует
огромный спрос во многих областях, но совместить оба свойства в одном
материале крайне сложно", — объясняет Бай.
Сложно, но возможно, если использовать технологию двунаправленной заморозки. Сперва исследователи подвергли диспергированию в
воде частицы оксида графена. Когда жидкость замерзала, образовывались
листы, а после полного замораживания всех листов они вместе образовали
трёхмерную сеть, похожую по структуре на кристаллы льда. Затем
последовало термическое восстановление и сублимация, в результате на
выходе эксперты получили аэрогель, по структуре напоминающий пористые
стебли талии беловатой.
Получившийся материал в 7,5 раз легче воздуха и примерно в 1000 раз
плотнее воды. Кстати, именно новый графеновый аэрогель теперь претендует
на звание самого лёгкого твёрдого материала на Земле, отметили
разработчики в интервью порталу ScienceAlert.
Материал уже прошёл серию тестов, которые показали: он способен
выдерживать вес, в шесть тысяч раз превышающий его собственный. После
тысячи сжимающих циклов аэрогель неизменно возвращался в исходное
состояние и сохранил при этом 85% от своей первоначальной прочности
(которую имел до применения компрессии). Для сравнения: большинство
аэрогелей со стандартной структурой сохраняют 45% от их первоначальной
прочности после десяти сжимающих циклов.
"Изучение природы всегда даёт идеи для разработки новых материалов и
технологий. Аэрогель из графена отличается от современных аэрогелей как в
микроструктурах, так и в свойствах", — заключает Бай.
Он и его коллеги уверены: уникальные свойства материала сделают его
идеальным компонентом для гибкой электроники – сегодня это системы
"умных" домов, панели солнечных батарей, изогнутые экраны телевизоров и
гибкие телефоны, а также много другое.
Статья с описанием нового аэрогеля опубликована в издании ACS Nano.
Вести.Ru
Рейтинг публикации:
|
