Aerographite عبارة عن رغوة صناعية تتكون من شبكة مترابطة مسامية من الكربون الأنبوبي. بكثافة 180 غم / م 3 هي واحدة من أخف المواد الإنشائية التي تم إنشاؤها على الإطلاق. تم تطويره بالاشتراك مع فريق من الباحثين في جامعة كيل وجامعة هامبورغ التقنية في ألمانيا ، وتم الإبلاغ عنه لأول مرة في مجلة علمية في يونيو 2012.

هيكل وخصائص
Aerographite هي مادة سوداء قائمة بذاتها يمكن إنتاجها بأشكال مختلفة تحتل حجمًا يصل إلى عدة سنتيمترات مكعب. وهو يتألف من شبكة مترابطة من أنابيب الكربون التي لها أقطار ذات ميكرون وسمك جدار يبلغ حوالي 15 نانومتر. وبسبب التقوس المنخفض نسبيا وسماكة الجدار الأكبر ، تختلف هذه الجدران عن قذائف تشبه الجرافين من الأنابيب النانوية الكربونية وتشبه الكربون الزجاجي في خواصها. هذه الجدران غالباً ما تكون متقطعة وتحتوي على مناطق متجعدّة تحسّن خواصها المرنة للجوخ. إن الرابطة الكربونية في الأيروغرافيت لها حرف sp2 ، كما هو مؤكد بواسطة مطيافية فقدان طاقة الإلكترون وقياسات الموصلية الكهربائية. عند الانضغاط الخارجي ، تزداد الموصلية ، مع كثافة المادة ، من ~ 0.2 S / m عند 0.18 مجم / سم 3 إلى 0.8 S / m عند 0.2 مجم / سم 3. الموصلية أعلى لمادة أكثر كثافة ، 37 S / m عند 50 مجم / سم 3.

بسبب هيكل شبكتها الأنبوبي المترابط ، يقاوم Aerographite قوى الشد أفضل بكثير من رغاوي الكربون الأخرى بالإضافة إلى aerogels السيليكا. يحافظ على تشوهات مرنة واسعة النطاق وله نسبة Poisson منخفضة للغاية. يمكن استرجاع شكل كامل لعينة يبلغ طولها 3 مم بعد ضغطها إلى 0.1 ملم. تعتمد شدتها القصوى (UTS) على كثافة المواد وهي حوالي 160 كيلوباسكال عند 8.5 مجم / سم 3 و 1 كيلو باسكال عند 0.18 مجم / سم 3 ؛ بالمقارنة ، تمتلك أقوى aerogels السيليكا UTS 16 كيلو باسكال في 100 ملغم / سم 3. معامل يونغ هو كاليفورنيا. 15 كيلوباسكال عند 0.2 ملغم / سم 3 في الشد ، ولكنه أقل بكثير في الانضغاط ، ويزيد من 1 كيلوباسكال عند 0.2 مجم / سم 3 إلى 7 كيلو باسكال عند 15 ملغم / سم 3. تعتمد الكثافة التي يعطيها المؤلفون على قياس الكتلة وتحديد الحجم الخارجي للرغاوي الاصطناعية كما يتم إجراؤها عادةً في الهياكل الأخرى.

Aerographite هو superhydrophobic ، وبالتالي عينات من حجمها سنتيمترات صد المياه. كما أنها حساسة إلى حد ما للتأثيرات الكهروستاتيكية والقفز بشكل عفوي إلى الكائنات المشحونة.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

الجوانب المشتركة للتوليف:
مع عملية CVD الخاصة بآخر الموجه ، تم عرض أكاسيد فلزية في عام 2012 لتكون نموذجًا مناسبًا لترسيب البنى الجرافيتية. يمكن إزالة النماذج في الموقع. الآلية الأساسية هي الحد من أكسيد الفلز إلى مكون معدني ، والتنويع من الكربون في وأعلى من المعدن والتبخر في وقت واحد من عنصر معدني. متطلبات أكاسيد الفلزات هي: طاقة تنشيط منخفضة للتخفيض الكيميائي ، طور معدني ، والذي يمكن أن ينمي الجرافيت ، نقطة تبخير منخفضة من الطور المعدني (ZnO ، SnO). من المنظور الهندسي ، تمكن عملية CVD المتطورة من استخدام معالجة مسحوق السيراميك (استخدام جسيمات مخصصة وجسور تلبد) لإنشاء قوالب للكربون ثلاثي الأبعاد عبر CVD. المزايا الرئيسية مقارنة مع النماذج المعدنية شائعة الاستخدام هي: تشكيل أشكال متنوعة من الجسيمات ، وإنشاء جسور التلبيد وإزالة بدون الأحماض. لقد تم إثبات آلية CVD بعد عام 2014 من قبل علماء آخرين لإنشاء هياكل كربونية بحجم Nm.

التفاصيل المحددة للرجوع اليها:
يتم إنتاج Aerographite بالترسيب الكيميائي للأبخرة ، باستخدام قالب ZnO. يتكون القالب من قضبان ميكرون سميكة ، في كثير من الأحيان على شكل مضاعفات ، والتي يمكن توليفها عن طريق خلط كميات مماثلة من مساحيق الزنك وبولينييل بوتيرول وتسخين الخليط عند 900 درجة مئوية. يتم إجراء تخليق أيروجيسيت عند ~ 760 درجة مئوية ، تحت تدفق غاز الأرجون ، حيث يتم حقن أبخرة التولوين كمصدر للكربون. يتم ترسيب طبقة رقيقة من الكربون (~ 15 نانومتر) غير متناسقة على ZnO والتي يتم حفرها بعد ذلك بإضافة غاز الهيدروجين إلى غرفة التفاعل. وبالتالي فإن شبكة الكربون المتبقية تتابع عن كثب مورفولوجية قالب ZnO الأصلي. على وجه الخصوص ، تنشأ عقد شبكة الخطوط الجوية من مفاصل مضاعفات ZnO.

التطبيقات المحتملة
لقد تم اختبار أقطاب أيروجرافيت في مكثف كهربائي مزدوج الطبقة (EDLC ، المعروف أيضًا باسم supercapacitor) وتحمل الصدمات الميكانيكية المتعلقة بدورات التحميل والتفريغ وتبلور المنحل بالكهرباء (الذي يحدث عند تبخر المذيب). إن طاقتهم المحددة التي تبلغ 1.25 واط / كجم قابلة للمقارنة مع إلكترودات الأنابيب النانوية الكربونية (~ 2.3 واط / كجم).