Ученые Чжэцзянского университета (Китай) изготовили гибкий, проводящий электричество и имитирующий структуру стебля растения графеновый аэрогель, способный выдержать вес, в 6000 раз превышающий собственный.
Весит этот материал 0,16 миллиграмм на кубический сантиметр, он в 7,5 раз легче воздуха и приблизительно в 1000 раз менее плотный, чем вода. Из всех аэрогелей графеновый наименее плотный и считается одним из самых легких твердых материалов на Земле.
У аэрогелей множество применений, от удаления нефтяных пятен с поверхности океанов до опреснения воды. Но когда дело касается гибких сенсоров или аккумуляторов, то добиться нужной прочности и упругости не получается, хотя спрос на такое сочетание качеств высок. Обычно попытки создания такого материала приводят к случайным результатам.
Ученые нашли вдохновение в растительной природе, обратив свое внимание на талию беловатую, болотное растение из Южной Америки. Несмотря на то, что ее стебель тонкий и пористый, она способна противостоять сильному ветру — благодаря микроструктуре, напоминающей решетку.
Для того чтобы скопировать ее, исследователи применили двунаправленную заморозку. Сначала частицы оксида графена растворяются в воде, которая по мере замерзания воды образует слои. Затем из слоев формируется трехмерная сеть, схожая со структурой кристалла льда. Наконец, термальное сокращение и возгонка создают графеновый аэрогель со структурой, похожей на талию беловатую.
Наконец, после серии из тысячи компрессионных тестов, ученые убедились, что полученный аэрогель способен выдержать вес, в 6000 раз превышающий собственный. После всех этих тестов его прочность составляла 85% от начальной. Это значительный прогресс по сравнению с 45% после всего 10 тестов в случае аэрогелями со случайной архитектурой.
Уникальные свойства этого материала делают его идеальным компонентом для создания умных часов, изогнутых телевизионных экранов и солнечных панелей, пишет Science Alert.
Сверхплотный и прочный графен изобрели ученые МТИ. Его структура позволяет ему быть на 5% плотнее и в 10 раз прочнее стали. Его можно использовать для строительства мостов или очистки воды.
