एयरोग्राफेट

एयरोग्राफेट (Aerographite) एक सिंथेटिक फोम है जिसमें ट्यूबलर कार्बन के छिद्रपूर्ण इंटरकनेक्टेड नेटवर्क होते हैं। 180 ग्राम / एम 3 की घनत्व के साथ यह कभी भी बनाई गई सबसे हल्की संरचनात्मक सामग्री में से एक है। इसे जर्मनी में किएल विश्वविद्यालय और हैम्बर्ग के तकनीकी विश्वविद्यालय में शोधकर्ताओं की एक टीम ने संयुक्त रूप से विकसित किया था, और पहली बार जून 2012 में एक वैज्ञानिक पत्रिका में इसकी सूचना दी गई थी।

संरचना और गुण
एयरोग्राफेट एक ब्लैक फ्रीस्टैंडिंग सामग्री है जिसे कई घन सेंटीमीटर तक की मात्रा पर कब्जा करने वाले विभिन्न आकारों में उत्पादित किया जा सकता है। इसमें कार्बन ट्यूबों का एक निर्बाध इंटरकनेक्टेड नेटवर्क होता है जिसमें माइक्रोन-स्केल व्यास और लगभग 15 एनएम की दीवार मोटाई होती है। अपेक्षाकृत कम वक्रता और बड़ी दीवार की मोटाई के कारण, ये दीवार कार्बन नैनोट्यूब के ग्रैफेन-जैसे गोले से अलग होती हैं और उनके गुणों में कांच के कार्बन जैसा दिखती हैं। ये दीवारें अक्सर बंद होती हैं और झुर्रियों वाले क्षेत्र होते हैं जो एरोोग्राफेट के लोचदार गुणों में सुधार करते हैं। एरोोग्राफेट में कार्बन बंधन में एक स्प 2 वर्ण होता है, जैसा कि इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी और विद्युत चालकता माप द्वारा पुष्टि की जाती है। बाहरी संपीड़न पर, प्रवाह घनत्व के साथ चालकता बढ़ जाती है, ~ 0.2 एस / मीटर से 0.18 मिलीग्राम / सेमी 3 से 0.8 एस / मीटर 0.2 मिलीग्राम / सेमी 3 पर। एक घनत्व सामग्री के लिए चालकता उच्च है, 37 एस / मीटर 50 मिलीग्राम / सेमी 3 पर।

इसके अंतःस्थापित ट्यूबलर नेटवर्क संरचना के कारण, एरोोग्राफेट अन्य कार्बन फोम के साथ-साथ सिलिका एरोगल्स की तुलना में तन्य शक्तियों को बेहतर बनाता है। यह व्यापक लोचदार विकृतियों को बनाए रखता है और बहुत कम पोइसन अनुपात है। 0.1 मिमी तक संपीड़ित होने के बाद 3-मिमी-लंबा नमूना की एक पूर्ण आकार वसूली संभव है। इसकी परम तन्यता ताकत (यूटीएस) सामग्री घनत्व पर निर्भर करती है और लगभग 160 केपीए 8.5 मिलीग्राम / सेमी 3 और 1 केपीए 0.18 मिलीग्राम / सेमी 3 पर है; तुलनात्मक रूप से, सबसे मजबूत सिलिका एरोगल्स में 100 मिलीग्राम / सेमी 3 पर 16 केपीए का यूटीएस होता है। यंग का मॉड्यूलस सीए है। तनाव में 0.2 मिलीग्राम / सेमी 3 पर 15 केपीए, लेकिन संपीड़न में बहुत कम है, 1 केपीए से 0.2 मिलीग्राम / सेमी 3 से 7 केपीए 15 मिलीग्राम / सेमी 3 पर बढ़ रहा है। लेखकों द्वारा दिया गया घनत्व द्रव्यमान माप और सिंथेटिक फोम की बाहरी मात्रा का दृढ़ संकल्प होता है जो आम तौर पर अन्य संरचनाओं के लिए भी किया जाता है।

एयरोग्राफाई सुपरहाइड्रोफोबिक है, इस प्रकार इसके सेंटीमीटर आकार के नमूने पानी को पीछे हटाना; वे इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभावों के प्रति भी संवेदनशील हैं और स्वचालित रूप से चार्ज ऑब्जेक्ट्स पर कूदते हैं।

संश्लेषण

संश्लेषण के सामान्य पहलू:
एरोोग्राफेट की सीवीडी प्रक्रिया के साथ 2012 में धातु ऑक्साइड ग्राफिक संरचनाओं के जमाव के लिए एक उपयुक्त टेम्पलेट होने के लिए दिखाया गया था। टेम्पलेट्स को सीटू में हटाया जा सकता है। मूल तंत्र धातु धातु के लिए मेटल ऑक्साइड में कमी, कार्बन के न्यूक्लियेशन में और धातु के शीर्ष पर और धातु घटक के साथ-साथ वाष्पीकरण है। धातु ऑक्साइड के लिए आवश्यकताएं हैं: रासायनिक कमी के लिए कम सक्रियण ऊर्जा, एक धातु चरण, जो ग्रेफाइट को न्यूक्लियेट कर सकता है, धातु चरण (जेएनओ, एसएनओ) का एक कम वाष्पीकरण बिंदु। इंजीनियरिंग परिप्रेक्ष्य से, विकसित सीवीडी प्रक्रिया सीवीडी के माध्यम से 3 डी कार्बन के लिए टेम्पलेट्स के निर्माण के लिए सिरेमिक पाउडर प्रसंस्करण (कस्टम कणों और सिटरिंग पुलों का उपयोग) के उपयोग को सक्षम बनाता है। आमतौर पर प्रयुक्त धातु टेम्पलेट की तुलना में मुख्य फायदे हैं: कण आकार की आकार विविधता, सिटरिंग पुलों का निर्माण और एसिड के बिना हटाने। मूल रूप से केवल μm आकार के मेहेड ग्रेफाइट नेटवर्क पर प्रदर्शित, सीवीडी तंत्र 2014 के बाद अन्य वैज्ञानिकों द्वारा एनएम आकार के कार्बन संरचनाओं को बनाने के लिए अपनाया गया था।

संदर्भ के लिए विशिष्ट विवरण:
एरोोग्राफाइट एक जेएनओ टेम्पलेट का उपयोग करके रासायनिक वाष्प जमावट द्वारा उत्पादित किया जाता है। टेम्पलेट में माइक्रोन-मोटी रॉड होते हैं, जो अक्सर मल्टीपोड के आकार में होते हैं, जिन्हें जेएन और पॉलीविनाइल ब्यूटरील पाउडर की तुलनीय मात्रा में मिश्रण करके और 900 डिग्री सेल्सियस पर मिश्रण को गर्म करके संश्लेषित किया जा सकता है। एरोग्राइट संश्लेषण एक आर्गन गैस प्रवाह के तहत ~ 760 डिग्री सेल्सियस पर किया जाता है, जिससे टोल्यून वाष्प कार्बन स्रोत के रूप में इंजेक्शन दिए जाते हैं। एक पतली (~ 15 एनएम), कार्बन की असंतुलित परत जेएनओ पर जमा की जाती है जिसे प्रतिक्रिया कक्ष में हाइड्रोजन गैस जोड़कर दूर किया जाता है। इस प्रकार शेष कार्बन नेटवर्क मूल जेएनओ टेम्पलेट के रूपरेखा का बारीकी से पालन करता है। विशेष रूप से, एरोोग्राफेट नेटवर्क के नोड्स जेएनओ मल्टीपोड के जोड़ों से निकलते हैं।

संभावित अनुप्रयोग
एयरोग्राफेट इलेक्ट्रोड का परीक्षण इलेक्ट्रिक डबल-लेयर कैपेसिटर (ईडीएलसी, जिसे सुपरकेपसिटर भी कहा जाता है) में किया गया है और लोडिंग-अनलोडिंग चक्रों और इलेक्ट्रोलाइट के क्रिस्टलाइजेशन (जो विलायक की वाष्पीकरण पर होता है) से संबंधित यांत्रिक झटके को सहन करता है। 1.25 वें / किग्रा की उनकी विशिष्ट ऊर्जा कार्बन नैनोट्यूब इलेक्ट्रोड (~ 2.3 वें / किग्रा) की तुलना में तुलनीय है।