Аэрографит претендует на звание самого лёгкого материала в мире

Самый лёгкий в мире материал кажется невесомым. Снимок сделан при помощи сканирующего электронного микроскопа (фото TUHH).
Кристаллизованный оксид цинка показан белым цветом. При добавление в систему водорода уходят пар и газообразный цинк, остаётся лишь аэрографит (фото TUHH).
Тетраподы, образованные из оксида цинка (фото TUHH).
Аэрографит отталкивает воду, проводит электрический ток и хорошо поглощает световые лучи, отчего кажется чёрным как смоль (фото KU).
Самый лёгкий в мире материал кажется невесомым. Снимок сделан при помощи сканирующего электронного микроскопа (фото TUHH).
Кристаллизованный оксид цинка показан белым цветом. При добавление в систему водорода уходят пар и газообразный цинк, остаётся лишь аэрографит (фото TUHH).
Тетраподы, образованные из оксида цинка (фото TUHH).
Аэрографит отталкивает воду, проводит электрический ток и хорошо поглощает световые лучи, отчего кажется чёрным как смоль (фото KU).
Учёные из Германии поставили новый мировой рекорд, создав самый лёгкий материал, который они назвали аэрографитом. Его плотность составляет всего 0,2 мг/см3. То есть он более чем в четыре раза легче, чем предыдущий лидер – металлическая микрорешётка.

Немецкие учёные создали самый лёгкий материал, поставив очередной мировой рекорд. Безусловный лидер в своей области, аэрографит, получен командой исследователей из технического университета Гамбурга (Technische Universität Hamburg-Harburg — TUHH) и Кильского университета Кристиана-Альбрехтса (Christian-Albrechts Universität zu Kiel — KU).

Инновационный материал на 99,99% состоит из воздуха. Оставшееся пространство заполняет трёхмерная сеть пористых углеродных трубок, вырастающих друг из друга.

Аэрографит — это чёрный, непрозрачный, чрезвычайно стабильный, пластичный материал, плотностью менее 0,2 мг/см3. Даже если его сжать в 1000 раз, то он снова приобретёт первоначальную форму без каких-либо повреждений, более того, упрочит свою структуру, уверяют исследователи.

В видеоролике ниже показано, как образец аэрографита сжимается на 95% и затем восстанавливает свою форму. Диаметр "стержня" из материала – 9 миллиметров.

"Наша работа вызвала множество дискуссий в научном сообществе, — рассказывает один из авторов работы Маттиас Мекленбург (Matthias Mecklenburg). – Как и предыдущий рекордсмен, никелевая микрорешётка, наш материал состоит из трубок. Однако атомная масса углерода значительно ниже, чем у никеля. Кроме того, у нас есть возможность создавать трубки с пористой структурой, что открывает более широкие возможности для применения нового материала".

"Выращивание аэрографита – это завораживающий процесс, который напоминает разрастание сетей из стеблей плюща вокруг дерева", — поясняет соавтор исследования Арним Шухард (Arnim Schuchard). В роли "дерева" выступает матрица из порошка оксида цинка. При нагревании до 900 °С он переходит в кристаллическую форму.

Исследователи формируют из этой массы подобие таблетки, в которой образуется пористая структура из микро- и нанотетраподов (показаны на фотографии), которые и становятся основой для получения аэрографита.

На втором этапе таблетки из оксида цинка помещали в реактор, разогретый до 760 °С. Образец обдувал поток газа, обогащённого углеродом. После такой обработки таблетка покрывалась слоем графита толщиной всего в несколько атомов. Одновременно в систему вводился водород, который реагировал с оксидом цинка с выделением водяного пара и газообразного цинка. В итоге оставалась только тончайшая графитовая сеть из пористых трубок.

"Чем быстрее образуется цинк, тем более пористую структуру графита мы получаем", — заключает доктор Мекленбург. Такая технология позволяет на всех этапах контролировать процесс и получать материал разной формы и размера (вплоть до нескольких кубических сантиметров).

Аэрографит обладает высокой электропроводностью и химической устойчивостью. В видеоролике ниже хлопья аэрографита демонстрируют электрические свойства нового материала.

Исследователи предполагают, что новый материал может с большим успехом быть использован, например, в литиево-ионных батареях. В этом случае он поможет значительно снизить их вес, а значит, решить одну из проблем, ограничивающих массовое распространение электромобилей и электрических велосипедов.

Ещё одним потенциальным потребителем новейшей технологии могут стать авиация и космическая промышленность. Большие перспективы новому материалу пророчат и в сфере водоочистки.

Технология получения и свойства аэрографита описаны в статье, вышедшей в журнале Advanced Materials.

Напомним, что до настоящего момента пальму первенства делили между собой металлическая микрорешетка с плотностью 0,9 мг/см3 и слегка уступающий ей аэрогель с плотностью 1 мг/см3. Добавим также, что аэрогель был использован NASA для сбора пыли с кометы.