エアログラファイト（Aerographite）は、管状炭素の多孔質相互接続網からなる合成発泡体である。 180g / m3の密度でこれまで作られた最も軽い構造材料の1つです。キール大学の研究チームとドイツのハンブルク工科大学によって共同開発され、2012年6月の科学雑誌で初めて報告されました。

構造とプロパティ
Aerographiteは、数cm3までの容積を占める様々な形状で製造できる黒色自立材です。それは、ミクロンスケールの直径と約15nmの壁厚を有するカーボンチューブの継ぎ目のない相互接続されたネットワークからなる。曲率が比較的小さく、壁厚が大きいため、これらの壁は、カーボンナノチューブのグラフェン様の殻とは異なり、その性質においてガラス状炭素に似ている。これらの壁はしばしば不連続であり、エアログラフィックの弾性特性を改善するしわ領域を含む。エアログラファイト中の炭素結合は、電子エネルギー損失分光法および電気伝導度測定によって確認されるように、sp2特性を有する。外部圧縮により、導電率は、材料密度とともに0.18mg / cm 3で〜0.2S / mから0.2mg / cm 3で0.8S / mに増加する。導電率は、密度が高い材料の方が高く、50mg / cm 3で37S / mである。

その相互接続された管状ネットワーク構造のために、エアログラフは、他の炭素フォームおよびシリカエーロゲルよりもはるかに優れた引張力に耐える。これは、広範な弾性変形を維持し、非常に低いポアソン比を有する。 3mmの高さの試料を0.1mmまで圧縮した後の完全な形状回復が可能である。その最大引張強さ（UTS）は材料密度に依存し、8.5mg / cm 3で約160kPa、0.18mg / cm 3で1kPaであり、これと比較して、最も強いシリカエーロゲルは、100mg / cm 3で16kPaのUTSを有する。ヤング率はca.張力は0.2mg / cm 3で15kPaであるが、圧縮においてははるかに低く、0.2mg / cm 3で1kPaから15mg / cm 3で7kPaに増加する。著者らによって与えられた密度は、他の構造についても通常行われるように、質量測定および合成フォームの外側体積の決定に基づいている。

Aerographiteは超疎水性であるため、そのセンチメートルサイズの試料は水をはじく。静電効果にかなり敏感であり、帯電した物体に自発的にジャンプする。

合成

合成の一般的な側面：
aerographiteのCVDプロセスでは、2012年に金属酸化物がグラファイト構造の堆積に適したテンプレートであることが示されています。テンプレートはその場で除去することができます。基本的なメカニズムは金属酸化物の金属成分への還元、金属の中および上の炭素の核生成、金属成分の同時蒸発である。金属酸化物の要件は、化学的還元のための低い活性化エネルギー、金属相（ZnO、SnO）の低い蒸発点であるグラファイトを核形成し得る金属相である。エンジニアリングの観点から、開発されたCVDプロセスは、CVDを介して3Dカーボンのテンプレートを作成するためのセラミック粉末処理（カスタム粒子および焼結ブリッジの使用）を可能にする。一般的に使用される金属テンプレートと比較した主な利点は、形状の多様な粒子形状、焼結橋の生成、および酸を用いない除去である。もともとμmのメッシュグラファイトネットワークで実証されたCVDメカニズムは、2014年以降、他の科学者によってnmサイズの炭素構造を作るために採用されました。

参照に固有の詳細：
エアログラファイトは、ZnOテンプレートを用いて化学気相成長法によって製造される。テンプレートは、匹敵する量のZnおよびポリビニルブチラール粉末を混合し、混合物を900℃で加熱することによって合成することができる、ミクロンの太いロッド（しばしば多重塊の形状）からなる。エアログラファイトの合成はアルゴンガス流下で約760℃で行われ、トルエン蒸気が炭素源として注入される。薄い（約15nm）不連続な炭素層がZnO上に堆積され、その後ZnOが反応チャンバに水素ガスを添加することによってエッチング除去される。したがって、残りの炭素ネットワークは、元のZnOテンプレートの形態に密接に従う。特に、航空写真ネットワークのノードは、ZnO多重層の接合部に由来する。

潜在的なアプリケーション
エアログラフィック電極は、電気二重層キャパシタ（EDLC、スーパーキャパシタとしても知られている）で試験され、（溶媒の蒸発時に起こる）負荷 – 負荷サイクルおよび電解質の結晶化に関連する機械的衝撃に耐えられている。比エネルギー1.25Wh / kgは、カーボンナノチューブ電極の比エネルギー（〜2.3Wh / kg）に匹敵する。