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.