Hiina teadlased töötavad välja superelastsed kõvasüsinik-nanokiude aerogeelid

Looduslike ämblik-siidvõrkude paindlikkusest ja jäikusest inspireeritult töötas Hiina YTE Shuhongi (YTK) juhitud uurimisrühm välja lihtsa ja üldise meetodi superelastsete ja väsimuskindlate kõvasüsinikeroerogeelide valmistamiseks nanokiuga võrgu struktuur, kasutades resortsinool-formaldehüüdvaiku kõva süsiniku allikana.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

Viimastel aastakümnetel on süsiniku aerogeele laialdaselt uuritud, kasutades selleks grafit- ja pehmeid süsinikke, millel on eelised superelastsuses. Nendel elastsetel aerogeelidel on tavaliselt õrnad mikrostruktuurid, millel on hea väsimuskindlus, kuid ülitugevus. Kõvadel süsinikel on sp3 C-indutseeritud turbostraatliku „kaartide maja” struktuuri tõttu mehaanilise tugevuse ja konstruktsiooni stabiilsuse osas suured eelised. Jäikus ja haprus on aga selgelt takistuseks kõvade süsinikega üliplastilisuse saavutamisel. Siiani on superelastne kõvasüsinikul põhinevate aerogeelide valmistamine endiselt väljakutse.

Vaigu monomeeride polümeriseerimine alustati nanokiudude kui struktuurimallide juuresolekul nanokiudvõrkudega hüdrogeeli valmistamiseks, millele järgnes kuivatamine ja pürolüüs kõva süsiniku aerogeeli saamiseks. Polümerisatsiooni käigus ladestuvad monomeerid mallidele ja keevitavad kiud-kiudühendused, jättes juhusliku võrgustruktuuri massiivsete tugevate vuukidega. Lisaks saab füüsikalisi omadusi (nagu nanokiudude läbimõõt, aerogeelide tihedus ja mehaanilised omadused) kontrollida mallide ja tooraine koguse lihtsalt häälestamise teel.

Tänu kõva süsiniku nanokiududele ja nanokiudude rohkete keevisliidete tõttu on kõva süsiniku aerogeelidel vastupidavad ja stabiilsed mehaanilised omadused, sealhulgas ül elastsus, suur tugevus, eriti kiire taastumiskiirus (860 mm s-1) ja madal energiakadu koefitsient ( <0,16). Pärast 104-tsüklilise deformatsiooni 50% -list testimist näitab süsinikuõhgeel plastilist deformatsiooni ainult 2% ja esialgne pinge säilitas 93%.

Kõva süsiniku õhuegeel võib säilitada ülielastsuse ka rasketes tingimustes, näiteks vedelas lämmastikus. Põnevatele mehaanilistele omadustele tuginedes on see kõvasüsinik-airgeel paljulubav suure stabiilsuse ja laia detektiivi ulatusega (50 kPa) stressiandurite, aga ka venitatavate või painutatavate juhtmete kasutamisel. See lähenemisviis lubab laiendada ka muude süsinikupõhiste komposiit nanokiudude tootmisele ning pakub paljutõotavat viisi jäikade materjalide muutmiseks elastseteks või elastseteks materjalideks, kujundades nanokiudseid mikrostruktuure.


Postituse aeg: märts-13-2020