Dodano: 08 sierpień 2018r.

Grafen wzmocniony nanorurkami dwa razy bardziej odporny na pękanie

Grafen zbrojony nanorurkami węglowymi, jest dwa razy mocniejszy od czystego grafenu. Udowodniły to testy wytrzymałościowe, które zostały przeprowadzone na Uniwersytecie Rice’a w USA.

 

Grafen to materiał dwuwymiarowy zbudowany z atomów węgla. Zainteresowanie budzi dzięki swoim wyjątkowym właściwościom. Jest 300 razy bardziej wytrzymały niż stal, a do tego lekki i elastyczny. Jest doskonałym przewodnikiem elektrycznym. Ma właściwości bakteriobójcze, jest wodoodporny oraz niemal przeźroczysty.

W 2010 roku za badania nad grafenem Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow z Uniwersytetu w Manchesterze otrzymali nagrodę Nobla. Sam opis teoretyczny materiału powstał jednak dużo wcześniej, bo w 1947 roku. Mimo iż grafen jest w dwuwymiarowej skali mocniejszy niż stal, to jego cienkość sprawia, że jest kruchy i podatny na pęknięcia.

 

W laboratoriach Uniwersytetu Rice’a w 2014 roku opracowano grafem zbrojony nanorurkami węglowymi. Ideę w rzeczywistość przekształcił James Tour, młody chemik studiujący na tej uczelni.

Nanorurki węglowe zostały użyte, tak jak ma to miejsce w przypadku zbrojonego stalowymi prętami betonu. Tour umieścił nanorurki z pojedynczej warstwy atomów węgla na miedzianym podłożu, a następnie chemicznie osadził grafen z fazy gazowej.

W nowym badaniu, które ukazało się w piśmie „ACS Nano”, Jun Lu wraz z Emily Hacopian i zespołem naukowców z Uniwersytetu Rice’a, w którego składzie znalazł się także wspomniany już Tour, przeprowadzili testy wytrzymałościowe zbrojonego grafenu. Testy odbyły się pod mikroskopem elektronowym skaningowym i transmisyjnym.

Eksperymenty wykazały, że nanorurki, spełniające rolę prętów zbrojeniowych sprawiają, że materiał jest dwa razy mocniejszy, a zachowuje przy tym swoją elastyczność i częściowo także przewodnictwo. Grafen nie wzmocniony nanorurkami wytrzymywał obciążenie 4 megapaskali, ale wersja zbrojona wytrzymywała obciążenie 10,7 megapaskali.

- Taki materiał może być przydatny nie tylko w przypadku elastycznej elektroniki, ale także w urządzeniach, w których tolerancja na stres, elastyczność, przezroczystość i stabilność mechaniczna są pożądane - powiedział Lou.

 

Źródło: Rice University, fot. Emily Hacopian/Lou Group. Zdjęcie przedstawia próbkę zbrojonego grafenu po testach wytrzymałościowych. Pęknięcia rozprzestrzeniają się w sposób zygzakowaty, a nie prosty, jak byłoby to widoczne w zwykłym grafenie.