Aerografen przypomina czarną piankę /Fot. Uniwersytet w Kilonii

450 gramów wystarczy, by utrzymać słonia. Oto aerografen

Naukowcy stworzyli egzotyczny nanomateriał, znany jako aerografen. Odkrycie to może pomóc w stworzeniu superwydajnych pomp.

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