A kínai kutatók szuperelasztikus keményszén nanoszálas aerogelleket dolgoznak ki

A természetes pók-selyemszövedékek rugalmassága és merevsége ihlette, a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem (USTC) professzora YU Shuhong vezette kutatócsoport kifejlesztett egy egyszerű és általános módszert a szuperelasztikus és fáradtságálló keményszén-aerogelek előállítására nanoszálakkal hálózati struktúrája resorcinol-formaldehid gyanta kemény szénforrásként történő felhasználásával.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

Az utóbbi évtizedekben a szén-aerogelleket széles körben felfedezték grafitszén és lágy szénhidrogének felhasználásával, amelyek megmutatják a szupelasztikusság előnyeit. Ezeknek a rugalmas aerogeleknek általában finom mikroszerkezete van, jó fáradtság-ellenállással, de ultra-szilárdsággal. A kemény szénatomok nagy előnyei vannak a mechanikai szilárdságnak és a szerkezeti stabilitásnak az sp3 C által indukált turbostratikus „kártya-ház” szerkezet miatt. A merevség és a törékenység azonban egyértelműen befolyásolja a kemény szénatomok rugalmasságának elérését. Mindeddig továbbra is kihívást jelent a szuperelasztikus keményszén-alapú aerogelek előállítása.

A gyantamonomerek polimerizációját nanoszálak mint strukturális sablonok jelenlétében indítottuk el, hogy nanoszálakkal rendelkező hálózatokkal állítsunk elő hidrogélt, majd szárítsuk és pirolizáljuk, és így keményszén-aerogélt kapunk. A polimerizáció során a monomerek lerakódnak a sablonokon és hegesztik a szálas-kötésű kötegeket, véletlenszerű hálózati struktúrát hagyva hatalmas, robusztus kötésekkel. Ezenkívül a fizikai tulajdonságokat (például a nanoszála átmérőjét, az aerogélek sűrűségét és a mechanikai tulajdonságokat) a sablonok és az alapanyagok mennyiségének egyszerű hangolása révén lehet szabályozni.

A keményszén nanoszálak és a nanoszálak bőséges hegesztése miatt a keményszén aerogelek robusztus és stabil mechanikai teljesítményt mutatnak, ideértve a szuper-rugalmasságot, a nagy szilárdságot, a rendkívül gyors visszanyerési sebességet (860 mm s-1) és az alacsony energiaveszteségi együtthatót ( <0.16). Miután 104 ciklus alatt 50% -os törzs alatt tesztelték, a szén-légzsel csak 2% -os plasztikus deformációt mutat, és megtartja az eredeti feszültség 93% -át.

A kemény szén léggél képes fenntartani a szuper-rugalmasságot nehéz körülmények között, például folyékony nitrogénben. A lenyűgöző mechanikai tulajdonságok alapján ez a keményszén-léggél ígéretes nagy stabilitású és széles detektív tartományú (50 KPa) feszültségérzékelők, valamint nyújtható vagy hajlítható vezetők alkalmazásában. Ez a megközelítés ígéretet ad arra, hogy kiterjesztésre kerül más nem szénalapú kompozit nanoszálak készítésére, és ígéretes módot nyújt a merev anyagok rugalmassá vagy rugalmassá alakításához, a nanoszálak mikroszerkezeteinek megtervezésével.


Feladás ideje: március 13-2020