آئروژل گرافن – سبک ترین جامد بر روی کره زمین

 آئروژل گرافن سبک ترین جامد

آئروژل گرافن – سبک ترین جامد بر روی کره زمین

 این ماده بسیار سبک است، گفته شده این ماده می تواند روی یک گل قاصدک بایستد بدون آنکه حتی باعث تغییر شکل برگ های آن شود. مهندسین مواد به یافته های بیشتری در مورد این ماده شگفت آور عصر مدرن دست یافته اند.

آئروژل گرافن خیلی سبک است، گفته شده این ماده می تواند روی یک گل قاصدک بایستد بدون آنکه حتی باعث تغییر شکل برگ های آن شود. مهندسین مواد به یافته های بیشتری در مورد این ماده شگفت آور عصر مدرن دست یافته اند.

این ماده در یک آزمایشگاه در دانشگاه Zhejiang چین ابداع شده و به قدری سبک می باشد که می تواند روی یک گل نازک قرار گرفته و حتی باعث تغییر شکل آن نیز نشود. این ماده اسفنجی شکل دارای وزن حجمی g/m3 160 می باشد که ۵/۷ برابر سبک تر از هوا، کمی سبک تر از هلیم و دقیقاً دوبرابر چگالی هیدروژن می باشد.

آئروژل یک ماده مصنوعی خیلی سبک و متخلخل مشتق شده از ژل است که در آن جزء مایع ژل با یک گاز جایگزین گردیده است. نتیجه آن یک جسم جامد با چگالی و رسانش گرمایی به شدت پایین می باشد. آئروژل در سال ۱۹۳۱ توسط دانشمند آمریکایی Steven Kistler کشف شد، او از سیلیس برای تولید آئروژل استفاده کرده و آن را به نام “دود منجمد” نامگذاری کرد. اما در سال ۲۰۱۱ با اختراع آئروژل نیکل با چگالی g/m3 900 به حوزه مواد بازگشت.

Gao Chao از دانشگاه Zhejiang مواد گرافن ماکروسکوپی مانند الیاف گرافن تک بعدی و لایه های گرافن دو بعدی را ابداع کرده است. اینبار او تصمیم گرفت یک ماده سه بعدی متخلخل از گرافن بسازد تا رکورد شکنی نماید.

یکی از پژوهشگران این گروه به نام Sun Haiyan در این بار گفت : “این ماده تا حدودی شبیه به سازه های بزرگ مانند ورزشگاه های عظیم است که دارای میله های فولادی به عنوان تقویت کننده و نوارهای استحکام بالا به عنوان دیواره می باشد تا اینکه هم سبکی و هم استحکام لازم ایجاد شود. در اینجا نانولوله های کربنی به عنوان تقویت کننده و گرافن به عنوان دیواره است”.

این (تصویر) یک تکه آئروژل گرافن است که رسماً سبک ترین ماده جامد در جهان می باشد.

اصل بنیادین در ساخت آئروژل گرافن ها، حذف حلال ژل و حفظ یکپارچگی ماده منجمد شده است. در گذشته دانشمندان از روش “سل ژل” و از روش “الگوی جهت دار” استفاده کردند. با روش سل ژل می توان آئروژل هایی در مقیاس وسیع تولید کرد، اما کنترل پذیری کمی دارد. اما با روش دوم می توان ساختارهایی منظم تر تولید کرد.

اما تیم پروفسور Chao روش جدیدی را کشف کرده اند که “خشک کردن انجمادی” نام دارد. در این روش آنها اساساً محلول های نانولوله های کربنی را به طور انجمادی خشک کرده و آن را با میزان زیادی از اکسید گرافن مخلوط نمودند. سپس اکسیژن باقیمانده به صورت شیمیایی حذف گردید.

او ادامه داد : “بدون نیاز به الگو، ابعاد ماده فقط به ظرف آن بستگی دارد. یعنی ظرف بزرگتر به تولید آئروژل گرافن بزرگتر کمک می نماید حتی تا چندین هزار سانتی متر مکعب یا بزرگتر”.

گمان می رود خواص آئروژل گرافن خیلی الاستیک تر از نمونه های قبلی باشد. به طور سنتی تصور می شود این مواد خیلی ظریف و بدون هیچ گونه الاستیسیته باشند که باعث می شود به راحتی آسیب ببینند. اما گفته شده آئروژل گرافن وقتی فشرده شود، به حالت اول باز می گردد.

گفته شده است این ماده به همان نسبت که سبک است، جاذب ویژه نفت می باشد و مطابق گزارشات تا ۹۰۰ برابر وزن خودش در نفت، جاذب نفت است.
Chao می گوید: “شاید وقتی که لکه های نفتی اتفاق می افتد، بتوانیم این مواد را در سطح دریا پراکنده ساخته و به سرعت نفت را جذب کنیم. به دلیل خاصیت الاستیسیته اش، هم نفت جذب شده و هم آئروژل قابل بازیابی هستند”.

جدا از این موضوع، ممکن است این آئروژل گرافن به گزینه ای ایده آل برای مواد عایق ذخیره ساز انرژی، حامل کاتالیزوری و کامپوزیت پربازده، تبدیل گردد.
نکته ای که کمی مبهم به نظر می رسد، آن است که ماده ای که سبک تر از هوا و هلیم است، چرا معلق نمی شود؟

منبع : materialsforengineering.co.uk