450 gramów wystarczy, by utrzymać słonia. Oto aerografen

Naukowcy stworzyli egzotyczny nanomateriał, znany jako aerografen. Odkrycie to może pomóc w stworzeniu superwydajnych pomp.
Aerografen przypomina czarną piankę /Fot. Uniwersytet w Kilonii
Aerografen przypomina czarną piankę /Fot. Uniwersytet w Kilonii

Aerografen to materiał stworzony przez naukowców z Uniwersytetu w Kilonii. Swoją nazwę zawdzięcza unikalnej strukturze w skali nano – składa się z uporządkowanej sieci drobnych kanalików grafenowych z licznymi wgłębieniami. W skali makro przypomina czarną piankę. Aerografen jest stabilny, wykazuje się wysokim przewodnictwem elektrycznym, a przy tym jest wyjątkowo lekki. Teoretycznie wystarczy 450 gramów tego materiału, aby utrzymać słonia. Dzięki ostatnim osiągnięciom, opisanym w Materials Today, jesteśmy coraz bliżej komercjalizacji tego materiału.

Eksplozje z powietrza

Naukowcom udało się w krótkim czasie wielokrotnie podgrzać i schłodzić aerografen oraz znajdujące się w nim powietrze. Wydaje się, że zdolność ta pozwoli na zastosowanie w miniaturowych pompach o dużej mocy, sprężarkach lub filtrach powietrza.

Kiedy po raz pierwszy wprowadziliśmy te materiały, były one najlżejszą klasą materiałów na świecie, o gęstości zaledwie 0,2 mg/cm3. Ponieważ jest to praktycznie powietrze, nazwaliśmy je aeromateriałami.prof. Rainer Adelung z Uniwersytetu w Kilonii

Aeromateriały zostały po raz pierwszy zaprezentowane w 2012 r., a od tego czasu wzbudziły zainteresowanie na całym świecie i są intensywnie badane, np. w ramach dużej europejskiej inicjatywy badawczej Graphene Flagship.

Model struktury aerografenu /Fot. Uniwersytet w Kilonii
W naszych eksperymentach odkryliśmy, że aeromateriały wykonane z grafenu i innych przewodzących nanomateriałów, mogą być elektrycznie podgrzewane niezwykle szybko, nawet do kilkuset stopni na milisekundę, ze względu na ich niską gęstość. Jesteśmy teraz w stanie wykorzystać aerografen do inicjowania małych kontrolowanych i powtarzalnych eksplozji, które nie wymagają reakcji chemicznej.dr Fabian Schütt z Uniwersytetu w Kilonii

Aerografen składa się z kilku warstw atomów węgla i 99,9% powietrza. Podczas ogrzewania powietrze znajdujące się wewnątrz materiału jest szybko podgrzewane i rozszerza się. W przypadku szybkiego ogrzewania następuje rozszerzenie objętości i mówi się o “eksplozji”. Dzieje się tak dlatego, że grafen równie szybko się schładza, gdy tylko odetnie się zasilanie. Szybkie nagrzewanie i chłodzenie materiału umożliwia naukowcom wywołanie kilku eksplozji na sekundę, jedna po drugiej.

Dzięki temu za naciśnięciem jednego przycisku uzyskujemy niezwykle wydajne sprężone powietrze, bez konieczności stosowania sprężarek i dostaw gazu, które są wymagane w innych przypadkach.dr Fabian Schütt

Naukowcy mają nadzieję wykorzystać zaobserwowany efekt do opracowania nowych pomp, które mogą być regulowane. Może być także stosowany jako samoczyszczący filtr powietrza. Zespół Adelunga nawiązał współpracę z firmą Lufthansa Technik do opracowania systemów filtrów powietrza na bazie aerografenu do przyszłych samolotów.

Czytaj też: Odkryto nowy efekt kwantowy w naturalnym grafenie. Pozwoli na rozwój spintroniki