ग्राफीन एयरजेल दुनिया का सबसे हल्का पदार्थ है। ग्राफीन एयरजेल: दुनिया का सबसे हल्का पदार्थ

अगर आप दुनिया की ताज़ा ख़बरों पर नज़र रखते हैं आधुनिक प्रौद्योगिकियाँ, वह पदार्थआपके लिए कोई बड़ी खबर नहीं होगी. हालाँकि, सबसे अधिक विस्तार से विचार करें हल्की सामग्रीदुनिया में और थोड़ा और विवरण सीखना उपयोगी है।

एक साल से भी कम समय पहले, दुनिया में सबसे हल्के पदार्थ का खिताब एयरोग्राफ़ाइट नामक पदार्थ को दिया गया था। लेकिन यह सामग्री लंबे समय तक हथेली पर टिकने में कामयाब नहीं रही; हाल ही में इसे ग्राफीन एयरजेल नामक एक अन्य कार्बन सामग्री ने ले लिया। प्रोफेसर गाओ चाओ के नेतृत्व में झेजियांग विश्वविद्यालय के पॉलिमर विज्ञान और प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला विभाग की एक शोध टीम द्वारा निर्मित, अल्ट्रा-लाइट ग्राफीन एयरगेल का घनत्व हीलियम गैस की तुलना में थोड़ा कम और हाइड्रोजन गैस की तुलना में थोड़ा अधिक है।

सामग्रियों के एक वर्ग के रूप में एयरोगेल्स का विकास और उत्पादन 1931 में इंजीनियर और रसायनज्ञ सैमुअल स्टीफंस किस्टलर द्वारा किया गया था। तब से, विभिन्न संगठनों के वैज्ञानिकों ने अनुसंधान और विकास किया है समान सामग्री, उनके संदिग्ध मूल्य के बावजूद प्रायोगिक उपयोग. बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब से युक्त एक एयरजेल, जिसे "फ्रोजन स्मोक" कहा जाता है और जिसका घनत्व 4 मिलीग्राम/सेमी3 है, ने सबसे अधिक का खिताब खो दिया है। हल्की सामग्री 2011 में, जो 0.9 एमजी/सेमी3 के घनत्व वाले धातु माइक्रोलैटिस सामग्री में स्थानांतरित हो गया। और एक साल बाद, सबसे हल्के पदार्थ का खिताब एयरोग्राफाइट नामक कार्बन सामग्री को दिया गया, जिसका घनत्व 0.18 मिलीग्राम/सेमी3 है।

प्रोफेसर चाओ की टीम द्वारा बनाए गए सबसे हल्के पदार्थ शीर्षक ग्राफीन एयरजेल के नए धारक का घनत्व 0.16 मिलीग्राम/सेमी3 है। ऐसी हल्की सामग्री बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने सबसे अद्भुत और में से एक का उपयोग किया पतली सामग्रीआज - ग्राफीन। "एक-आयामी" ग्राफीन फाइबर और दो-आयामी ग्राफीन रिबन जैसी सूक्ष्म सामग्री बनाने में अपने अनुभव का उपयोग करते हुए, टीम ने ग्राफीन के दो आयामों में एक और आयाम जोड़ने और एक थोक झरझरा ग्राफीन सामग्री बनाने का निर्णय लिया।

टेम्प्लेट निर्माण विधि के बजाय, जो एक विलायक सामग्री का उपयोग करता है और आमतौर पर विभिन्न एरोजेल बनाने के लिए उपयोग किया जाता है, चीनियों ने फ्रीज-सुखाने की विधि का उपयोग किया। तरल भराव और ग्राफीन कणों से युक्त कूलॉइड घोल को फ्रीज-सुखाने से कार्बन-आधारित छिद्रपूर्ण स्पंज बनाना संभव हो गया, जिसका आकार लगभग पूरी तरह से दिए गए आकार का पालन करता है।

प्रोफेसर चाओ कहते हैं, "टेम्प्लेट का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है; हमारे द्वारा बनाई गई अल्ट्रा-लाइट कार्बन सामग्री का आकार और आकार केवल कंटेनर के आकार पर निर्भर करता है।" कंटेनर, जिसका आयतन हजारों घन सेंटीमीटर में मापा जा सकता है।

परिणामी ग्राफीन एयरजेल एक अत्यंत मजबूत और लोचदार सामग्री है। यह उच्च अवशोषण दर पर अपने वजन से 900 गुना अधिक वजन वाले तेल सहित कार्बनिक पदार्थों को अवशोषित कर सकता है। एक ग्राम एयरजेल केवल एक सेकंड में 68.8 ग्राम तेल को अवशोषित करता है, जिससे यह समुद्री तेल और पेट्रोलियम उत्पादों के अवशोषक के रूप में उपयोग के लिए एक आकर्षक सामग्री बन जाता है।

तेल अवशोषक के रूप में काम करने के अलावा, ग्राफीन एयरजेल में ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में, कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक के रूप में और जटिल मिश्रित सामग्रियों के लिए भराव के रूप में उपयोग करने की क्षमता है।

ग्राफीन एयरजेल के साथ 3डी प्रिंटिंग

• 3डी प्रिंटर,
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यह लेख साइट qz.com से "अब आप दुनिया की सबसे हल्की सामग्रियों में से एक को 3डी प्रिंट कर सकते हैं" का अनुवाद है, और मैंने अपना थोड़ा सा जोड़ा है।

अब, स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ न्यूयॉर्क (SUNY) और कैनसस स्टेट यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों ने ग्राफीन एयरजेल के साथ 3डी प्रिंटिंग की एक विधि के बारे में जर्नल स्मॉल में प्रकाशित किया है। यह तकनीक इस सामग्री से उत्पादों की ढलाई को सरल बनाती है और इसके अनुप्रयोग के दायरे का विस्तार करती है।

ग्राफीन कार्बन परमाणुओं की एक परमाणु मोटी परत है। इसे पहली बार 2004 में प्राप्त किया गया था। और तब से इसे इसकी ताकत, लचीलापन और चालकता के लिए एक अद्भुत सामग्री के रूप में जाना जाता है। एयरजेल मूलतः एक नियमित जेल है जिसमें पानी को हवा से बदल दिया जाता है। ग्राफीन एयरजेल अपनी उच्च संपीड़न क्षमता के लिए जाना जाता है (इसलिए यह सहन कर सकता है)। उच्च दबावबिना ढहे) और उच्च चालकता। सामग्री की संरचना, जो इसे ये गुण प्रदान करती है, 3डी प्रिंटिंग में इसका उपयोग करना कठिन बना देती है। आमतौर पर, एयरजेल 3डी प्रिंटिंग के लिए, आधार सामग्री को पॉलिमर जैसे अन्य अवयवों के साथ मिलाया जाता है। संरचना देने के बाद पॉलिमर को रासायनिक प्रक्रिया (सॉल्वैंट्स आदि) द्वारा हटा दिया जाता है। यह विधि ग्राफीन एयरजेल से उत्पाद बनाने के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि ग्राफीन की संरचना को नष्ट कर देगा।

SUNY बफ़ेलो और कैनसस स्टेट यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों ने इस समस्या का समाधान ढूंढ लिया है। उन्होंने ग्राफीन ऑक्साइड को पानी के साथ मिलाया और इस मिश्रण को -25 C° के तापमान पर एक सब्सट्रेट पर 3डी प्रिंट किया। इसलिए उन्होंने बर्फ को सहारा बनाकर प्रत्येक मुद्रित परत को जमा दिया।

एक बार मुद्रण प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, बर्फ को तरल नाइट्रोजन - फ्रीज सुखाने के साथ हटा दिया गया। इस तरह, उन्होंने सूक्ष्म संरचना को नुकसान पहुंचाए बिना संरचना से पानी को हटा दिया। बाद में ऑक्सीजन परमाणु को हटाने के लिए सामग्री को गर्म किया गया। परिणामस्वरूप, एयरजेल में केवल ग्राफीन ही रह गया। इस प्रकार प्राप्त सामग्री का घनत्व 0.5 किग्रा/घनमीटर से 10 किग्रा/घनमीटर तक था। प्राप्त सबसे हल्के एयरजेल का घनत्व 0.16 किग्रा/मीटर3 है।
अब SUNY और कैनसस स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ता अन्य एरोजेल के साथ प्रिंट करने के लिए अपनी तकनीक को अपनाने पर काम कर रहे हैं।

और अंत में, मैं आपको एयरजेल के एक स्वादिष्ट और दिलचस्प अनुप्रयोग के बारे में बताऊंगा।

नई सुपर हाई-टेक खाना पकाने की प्रणाली

बोस ने एक खाना पकाने की प्रणाली प्रस्तुत की (लिंक पर वीडियो) जिसमें एक आरएफआईडी रीडर के साथ एक इंडक्शन हॉब और एक वायरलेस तापमान सेंसर की निगरानी और बिजली देने की क्षमता, साथ ही विद्युत प्रवाह कंडक्टर से बनी आंतरिक दीवार के साथ एक बर्तन (फ्राइंग पैन) शामिल है। सामग्री, जो एक हीटर है, गैर-प्रवाहकीय से बनी एक बाहरी दीवार है बिजलीदो दीवारों के बीच सामग्री और एयरजेल भराव। पैन में एक अंतर्निर्मित आरएफआईडी टैग और एक इंडक्शन-संचालित वायरलेस तापमान सेंसर भी है। इस प्रकार, परिणाम एक ऐसा पैन है जिसे आप जलने के डर के बिना अपने नंगे हाथों से नीचे से पकड़ सकते हैं, जबकि इसमें पानी उबल रहा है। हीट इंसुलेटर के रूप में एयरजेल का चुनाव कई आवश्यकताओं जैसे कि झेलने की क्षमता से निर्धारित होता है उच्च तापमान, हल्कापन, कम तापीय चालकता (एरोजेल के लिए, तापीय चालकता वैक्यूम पैनल और पॉलीयुरेथेन फोम इन्सुलेशन के बीच कहीं है, पैनल के करीब)। पैन रखते समय हॉबभोजन/तरल को पैन की भीतरी दीवार के इंडक्शन हीटिंग द्वारा गर्म किया जाता है। फीडबैक को तापमान सेंसर के माध्यम से कार्यान्वित किया जाता है, इसलिए सेट करने के बजाय एक निश्चित बिजली की आपूर्ति की जाती है एक ताप तत्वपैन की आंतरिक सतह के तापमान का उपयोग किया जाता है, जो भोजन के तापमान (कम ऊर्जा तीव्रता और आंतरिक परत की उच्च तापीय चालकता) के लगभग बराबर होता है।

पी.एस. हम IKEA "जादुई" तालिका को साकार करने के एक कदम और करीब हैं।

इसका आविष्कार झेजियांग विश्वविद्यालय के चीनी प्रोफेसर गाओ चाओ के नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह ने किया था और इसने वैज्ञानिक जगत में सनसनी मचा दी थी। ग्राफीन, जो अपने आप में एक अविश्वसनीय रूप से हल्का पदार्थ है, आधुनिक नैनोटेक्नोलॉजी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। और वैज्ञानिक इससे एक झरझरा पदार्थ प्राप्त करने में कामयाब रहे - दुनिया में सबसे हल्का।

ग्राफीन एयरजेल अन्य एरोजेल की तरह ही बनाया गया था - उर्ध्वपातन सुखाने द्वारा। कार्बन-ग्राफीन सामग्री से बना एक झरझरा स्पंज लगभग पूरी तरह से किसी भी आकार की नकल करता है, जिसका अर्थ है कि एयरजेल की मात्रा केवल कंटेनर की मात्रा पर निर्भर करती है।

द्वारा रासायनिक गुणएयरजेल का घनत्व हाइड्रोजन और हीलियम से कम है। वैज्ञानिकों ने इसकी पुष्टि कर दी है अधिक शक्ति, उच्च लोच। और यह इस तथ्य के बावजूद है कि ग्राफीन एयरजेल अपने द्रव्यमान से लगभग 900 गुना अधिक मात्रा में कार्बनिक पदार्थों को अवशोषित और बनाए रखता है! 1 ग्राम एयरजेल एक सेकंड में पानी में अघुलनशील किसी भी पदार्थ के 68.8 ग्राम को अवशोषित कर सकता है। यह आश्चर्यजनक है और शायद बहुत जल्द ही poeli.ru पर सभी बार और सभी होटल आगंतुकों को आकर्षित करने के लिए अपने स्वयं के कुछ उद्देश्यों के लिए इस सामग्री का उपयोग करेंगे।

नई सामग्री की एक और संपत्ति पर्यावरण समुदाय के लिए बहुत रुचिकर थी: ग्राफीन स्पंज की अवशोषित करने की क्षमता कार्बनिक पदार्थ, जो मानव निर्मित दुर्घटनाओं के परिणामों को खत्म करने में मदद करेगा।

उत्प्रेरक के रूप में ग्राफीन की संभावित संपत्ति रासायनिक प्रतिक्रिएं, का उपयोग भंडारण प्रणालियों और जटिल मिश्रित सामग्रियों के निर्माण में किया जाना है।

ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब के संयोजन ने केवल ग्राफीन या केवल नैनोट्यूब से बने एरोजेल के नुकसान के बिना कार्बन एयरजेल प्राप्त करना संभव बना दिया। नया समग्र सामग्रीकार्बन से बना, सभी एरोजेल के लिए सामान्य गुणों के अलावा - बेहद कम घनत्व, कठोरता और कम तापीय चालकता - इसमें उच्च लोच (बार-बार संपीड़न और खींचने के बाद आकार को बहाल करने की क्षमता) और कार्बनिक तरल पदार्थ को अवशोषित करने की उत्कृष्ट क्षमता भी है। इस बाद वाली संपत्ति का तेल रिसाव प्रतिक्रिया में अनुप्रयोग हो सकता है।

आइए कल्पना करें कि हम एक बंद बर्तन को तरल और इस तरल के वाष्प से गर्म करते हैं। तापमान जितना अधिक होगा, उतना अधिक तरल वाष्पित होगा, गैस चरण में बदल जाएगा, और दबाव उतना ही अधिक होगा, और इसके साथ गैस चरण का घनत्व (वास्तव में, वाष्पित अणुओं की संख्या) होगा। एक निश्चित दबाव और तापमान पर, जिसका मान इस बात पर निर्भर करेगा कि बर्तन में किस प्रकार का पदार्थ है, तरल में अणुओं का घनत्व गैस चरण के समान होगा। द्रव की यह अवस्था कहलाती है अत्यंत सूक्ष्म. इस अवस्था में तरल और गैस चरणों के बीच कोई अंतर नहीं होता है, और इसलिए कोई सतह तनाव नहीं होता है।

यहां तक ​​कि हल्के (कम घने) एरोजेल भी किसी पदार्थ के रासायनिक जमाव से प्राप्त होते हैं जो पहले से तैयार छिद्रपूर्ण सब्सट्रेट पर एयरजेल के ठोस चरण के रूप में कार्य करेगा, जिसे बाद में भंग कर दिया जाता है। यह विधि आपको ठोस चरण के घनत्व (जमा पदार्थ की मात्रा को विनियमित करके) और इसकी संरचना (आवश्यक संरचना के साथ एक सब्सट्रेट का उपयोग करके) को विनियमित करने की अनुमति देती है।

उनकी संरचना के कारण, एरोजेल में अद्वितीय गुणों का एक सेट होता है। हालाँकि उनकी ताकत उसके करीब है एसएनएफ(चित्र 1ए), उनका घनत्व गैसों के करीब है। इसलिए, सर्वोत्तम नमूनेक्वार्ट्ज एयरजेल का घनत्व लगभग 2 मिलीग्राम/सेमी 3 है (उनकी संरचना में शामिल हवा का घनत्व 1.2 मिलीग्राम/सेमी 3 है), जो गैर-छिद्रपूर्ण ठोस पदार्थों की तुलना में एक हजार गुना कम है।

एरोजेल में बेहद कम तापीय चालकता होती है (चित्र 1 बी), क्योंकि गर्मी को नैनोकणों की बहुत पतली श्रृंखलाओं के शाखित नेटवर्क के माध्यम से एक जटिल पथ से गुजरना पड़ता है। साथ ही, वायु चरण के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण भी इस तथ्य के कारण मुश्किल है कि ये वही श्रृंखलाएं संवहन को असंभव बनाती हैं, जिसके बिना हवा की तापीय चालकता बहुत कम होती है।

एयरजेल की एक अन्य संपत्ति - इसकी असाधारण सरंध्रता - ने अंतरग्रहीय धूल के नमूनों को पृथ्वी पर पहुंचाना संभव बना दिया (देखें स्टारडस्ट कलेक्टर रिटर्न्स होम, "एलिमेंट्स", 01/14/2006) अंतरिक्ष यानस्टारडस्ट। उनका संग्रह उपकरण एयरजेल का एक ब्लॉक था, जिसमें गिरने पर, धूल के कण कई अरब के त्वरण के साथ रुक गए जी, बिना ढहे (चित्र 1सी)।

कुछ समय पहले तक, एयरजेल का मुख्य नुकसान इसकी नाजुकता था: यह बार-बार लोड करने पर टूट जाता था। उस समय प्राप्त सभी एरोजेल - क्वार्ट्ज, कुछ धातु ऑक्साइड और कार्बन से - में यह खामी थी। लेकिन नई कार्बन सामग्री - ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब - के आगमन के साथ लोचदार और फ्रैक्चर-प्रतिरोधी एयरोगेल प्राप्त करने की समस्या हल हो गई।

ग्राफीन एक परमाणु मोटी एक शीट है जिसमें कार्बन परमाणु एक हेक्सागोनल जाली बनाते हैं (जाली की प्रत्येक कोशिका एक हेक्सागोनल है), और एक कार्बन नैनोट्यूब एक ही शीट है जो एक से दसियों नैनोमीटर की मोटाई के साथ एक सिलेंडर में लुढ़का हुआ है। कार्बन के ये रूप बहुत अच्छे हैं यांत्रिक शक्ति, लोच, बहुत उच्च आंतरिक सतह क्षेत्र, साथ ही उच्च तापीय और विद्युत चालकता।

हालाँकि, ग्राफीन से अलग या कार्बन नैनोट्यूब से अलग से तैयार की गई सामग्रियों की भी अपनी कमियाँ हैं। इस प्रकार, 5.1 मिलीग्राम/सेमी 3 के घनत्व वाला एक ग्राफीन एयरजेल अपने वजन से 50,000 गुना अधिक भार के नीचे नहीं गिरा, और 80% संपीड़न के बाद अपना आकार बहाल कर लिया। मूल आकार. हालाँकि, इस तथ्य के कारण कि ग्राफीन शीटों में अपर्याप्त झुकने की कठोरता होती है, उनके घनत्व में कमी से ग्राफीन एयरजेल के लोचदार गुण खराब हो जाते हैं।

कार्बन नैनोट्यूब से बने एयरजेल का एक और नुकसान है: यह अधिक कठोर है, लेकिन भार हटाने के बाद बिल्कुल भी अपना आकार ठीक नहीं कर पाता है, क्योंकि लोड के तहत नैनोट्यूब अपरिवर्तनीय रूप से मुड़े हुए और उलझे हुए होते हैं, और भार उनके बीच खराब तरीके से स्थानांतरित होता है।

याद रखें कि विरूपण कणों की स्थिति में परिवर्तन है शारीरिक कायाएक दूसरे के सापेक्ष, और लोचदार विरूपण एक विकृति है जो उस बल के गायब होने के साथ-साथ गायब हो जाती है जिसके कारण यह हुआ। किसी पिंड की लोच की "डिग्री" (तथाकथित लोचदार मापांक) नमूने के लोचदार विरूपण पर एक विकृत बल लागू होने पर नमूने के अंदर उत्पन्न होने वाले यांत्रिक तनाव की निर्भरता से निर्धारित होती है। इस मामले में तनाव प्रति इकाई क्षेत्र नमूने पर लगाया गया बल है। (विद्युत वोल्टेज से भ्रमित न हों!)

जैसा कि चीनी वैज्ञानिकों के एक समूह ने प्रदर्शित किया है, अगर एयरजेल तैयार करने में ग्राफीन और नैनोट्यूब का एक साथ उपयोग किया जाता है तो इन कमियों की पूरी तरह से भरपाई हो जाती है। लेख के लेखकों ने चर्चा की उन्नत सामग्रीनैनोट्यूब और ग्राफीन ऑक्साइड के एक जलीय घोल का उपयोग किया गया, जिसमें से पानी को बर्फ को जमाकर और उर्ध्वपातित करके हटा दिया गया - लियोफिलाइजेशन (फ्रीज-ड्रायिंग भी देखें), जो सतह तनाव के प्रभाव को भी समाप्त कर देता है, जिसके बाद ग्राफीन ऑक्साइड को रासायनिक रूप से ग्राफीन में बदल दिया गया। . परिणामी संरचना में, ग्राफीन शीट एक ढांचे के रूप में काम करती थीं, और नैनोट्यूब इन शीटों पर स्टिफ़नर के रूप में काम करते थे (चित्र 2ए, 2बी)। जैसा कि अध्ययनों से पता चला है इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, ग्राफीन शीट एक-दूसरे को ओवरलैप करती हैं और दसियों नैनोमीटर से लेकर दसियों माइक्रोमीटर तक के आकार के छिद्रों के साथ एक त्रि-आयामी ढांचा बनाती हैं, और कार्बन नैनोट्यूब एक उलझा हुआ नेटवर्क बनाते हैं और कसकर ग्राफीन शीट का पालन करते हैं। यह स्पष्ट रूप से प्रारंभिक समाधान के जमने पर बढ़ते बर्फ के क्रिस्टल द्वारा नैनोट्यूब को बाहर धकेले जाने के कारण होता है।

नमूने का घनत्व हवा को छोड़कर 1 मिलीग्राम/सेमी3 था (चित्र 2सी, 2डी)। और लेखकों द्वारा प्रस्तुत संरचनात्मक मॉडल में गणना के अनुसार, न्यूनतम घनत्व जिस पर प्रयुक्त शुरुआती पदार्थों से एयरगेल अभी भी संरचना की अखंडता को बनाए रखेगा 0.13 मिलीग्राम/सेमी 3 है, जो घनत्व से लगभग 10 गुना कम है वायु! लेखक 0.45 मिलीग्राम/सेमी 3 के घनत्व के साथ एक मिश्रित एयरजेल और 0.16 मिलीग्राम/सेमी 3 के घनत्व के साथ एक ग्राफीन-केवल एयरजेल तैयार करने में सक्षम थे, जो एक सब्सट्रेट पर जमा जेएनओ एयरजेल द्वारा रखे गए पिछले रिकॉर्ड से कम है। गैस चरण से. व्यापक ग्राफीन शीट का उपयोग करके घनत्व को कम किया जा सकता है, लेकिन इससे परिणामी सामग्री की कठोरता और ताकत कम हो जाती है।

परीक्षण के दौरान, ऐसे मिश्रित एयरजेल के नमूनों ने 1000 बार-बार संपीड़न के बाद मूल आकार के 50% तक अपना आकार और सूक्ष्म संरचना बरकरार रखी। संपीड़न शक्ति लगभग एयरजेल घनत्व के समानुपाती होती है और सभी नमूनों में तनाव बढ़ने के साथ धीरे-धीरे बढ़ती है (चित्र 3ए)। -190°C से 300°C की सीमा में, परिणामी एरोजेल के लोचदार गुण तापमान से लगभग स्वतंत्र होते हैं।

तन्यता परीक्षण (चित्रा 3बी) 1 मिलीग्राम/सेमी3 के घनत्व वाले नमूने पर किया गया था, और नमूना 16.5% के खिंचाव का सामना कर चुका था, जो ऑक्साइड एरोजेल के लिए पूरी तरह से अकल्पनीय है, जो खिंचने पर तुरंत टूट जाता है। इसके अलावा, तनाव के दौरान कठोरता संपीड़न के दौरान की तुलना में अधिक होती है, यानी नमूना आसानी से कुचल जाता है, लेकिन कठिनाई से खींचा जाता है।

लेखकों ने गुणों के इस सेट को ग्राफीन और नैनोट्यूब की सहक्रियात्मक बातचीत द्वारा समझाया, जिसमें घटकों के गुण एक दूसरे के पूरक हैं। ग्राफीन शीट्स को कवर करने वाले कार्बन नैनोट्यूब आसन्न शीट्स के बीच एक बंधन के रूप में काम करते हैं, जो उनके बीच लोड ट्रांसफर में सुधार करता है, साथ ही शीट्स के लिए स्टिफ़नर भी। इसके कारण, भार के कारण चादरों की एक-दूसरे के सापेक्ष गति नहीं होती है (जैसा कि शुद्ध ग्राफीन से बने एयरजेल में होता है), बल्कि चादरों का लोचदार विरूपण होता है। और क्योंकि नैनोट्यूब शीट पर कसकर फिट होते हैं और उनकी स्थिति शीट की स्थिति से निर्धारित होती है, वे अपरिवर्तनीय विरूपण और उलझाव का अनुभव नहीं करते हैं और लोड के तहत एक दूसरे के सापेक्ष नहीं चलते हैं, जैसा कि केवल नैनोट्यूब से बने इनलेस्टिक एयरजेल में होता है। इष्टतम गुणएक एयरजेल में ग्राफीन और नैनोट्यूब समान रूप से होते हैं, और नैनोट्यूब की सामग्री में वृद्धि के साथ, वे "टेंगल्स" बनाना शुरू कर देते हैं, जैसे कि केवल नैनोट्यूब से बने एयरजेल में, जिससे लोच का नुकसान होता है।

वर्णित लोचदार गुणों के अलावा, मिश्रित कार्बन एयरजेल में अन्य असामान्य गुण भी हैं। यह विद्युत प्रवाहकीय है, और लोचदार विरूपण पर विद्युत चालकता विपरीत रूप से बदलती है। इसके अलावा, ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब एयरजेल पानी को रोकता है, लेकिन साथ ही कार्बनिक तरल पदार्थों को पूरी तरह से अवशोषित करता है - पानी में 1.1 ग्राम टोल्यूनि को 5 सेकंड में 3.2 मिलीग्राम वजन वाले एयरजेल के एक टुकड़े द्वारा पूरी तरह से अवशोषित किया गया था (छवि 4)। यह खोलता है महान अवसरतेल रिसाव को खत्म करने और कार्बनिक तरल पदार्थों से पानी को शुद्ध करने के लिए: केवल 3.5 किलोग्राम ऐसा एयरजेल एक टन तेल को अवशोषित कर सकता है, जो व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले अवशोषक की क्षमता से 10 गुना अधिक है। साथ ही, मिश्रित एयरजेल से बना अवशोषक पुनर्योजी होता है: इसकी लोच और थर्मल प्रतिरोध के कारण, अवशोषित तरल को स्पंज की तरह निचोड़ा जा सकता है, और शेष को आसानी से जला दिया जाता है या वाष्पीकरण द्वारा हटा दिया जाता है। परीक्षणों से पता चला है कि गुण ऐसे 10 चक्रों के बाद भी कायम रहते हैं।

कार्बन के विभिन्न रूप और अद्वितीय गुणये रूप और उनसे प्राप्त सामग्रियां शोधकर्ताओं को आश्चर्यचकित करती रहती हैं, जिससे भविष्य में हम इस क्षेत्र में अधिक से अधिक खोजों की उम्मीद कर सकते हैं। केवल एक रासायनिक तत्व से कितनी चीजें बनाई जा सकती हैं!

एरोग्राफाइट को सबसे हल्के ठोस पदार्थ की स्थिति से विस्थापित कर दिया गया है नए रूप मेएयरजेल.

एरोजेल पर शोध जारी है और वैज्ञानिक लगातार अधिक से अधिक भारहीन किस्मों का निर्माण कर रहे हैं। 1931 में, कार्बन नैनोट्यूब पर आधारित एक एयरजेल को संश्लेषित किया गया था। इस पदार्थ का घनत्व 4 मिलीग्राम प्रति घन सेंटीमीटर है। 80 से अधिक वर्षों तक इसे ठोस पदार्थों में सबसे हल्का माना जाता था। इसकी जगह सिलिकेट एयरजेल ने ले ली (जिसकी चर्चा पहले ही एक बार हो चुकी थी)। पदार्थ, जिसका 1 घन सेंटीमीटर वजन 1 मिलीग्राम है, ने तुरंत गिनीज बुक ऑफ रिकॉर्ड्स में 15 स्थानों पर कब्जा कर लिया, और इसकी होलोग्राफिक उपस्थिति के लिए इसे "जमे हुए धुएं" कहा गया। बाद में इस दौड़ में, वह 0.9 मिलीग्राम/सेमी 3 के घनत्व के साथ धातु माइक्रोग्रिड से आगे थे, लेकिन वे जल्द ही एरोग्राफाइट (0.18 मिलीग्राम/सेमी 3) द्वारा आसन से विस्थापित हो गए।

मेटल माइक्रोग्रिड और एयरोग्राफ़ाइट

एरोग्राफाइट को सबसे हल्के पदार्थ का खिताब मिला पिछले साल का. यह हवा से छह गुना हल्का है; इस पदार्थ का एक घन सेंटीमीटर वजन 0.18 मिलीग्राम है। जब एयरोग्राफ़ाइट को आधिकारिक तौर पर प्रलेखित और मान्यता दी गई, तो यह वास्तव में एक महान खोज थी। लेकिन यह विजय अल्पकालिक थी।

इस महीने, चीन के झेजियांग विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम एयरोग्राफ़ाइट द्वारा स्थापित हल्केपन के रिकॉर्ड को तोड़ने में सक्षम थी। नई खोज एक झरझरा पदार्थ है जिसमें ग्राफीन और कार्बन नैनोट्यूब शामिल हैं, जो उनके घोल को फ्रीज में सुखाकर प्राप्त किया जाता है। सामग्री को "ग्राफीन-एरोजेल" कहा जाता है। इसका घनत्व 0.16 mg/cm3 है। यह हाइड्रोजन के घनत्व से दोगुना और हवा के घनत्व से साढ़े सात गुना कम है।

यदि कोई इस बात से चिंतित है कि इतने वजन वाले ये सभी शानदार पदार्थ उड़कर क्यों नहीं उड़ जाते, तो आप खुद को मेरी तरह ही आश्वस्त कर सकते हैं। यह भी मुझे अजीब लगा, या कम से कम उल्टा लगा, लेकिन उन्होंने यही कहा प्रत्येकसंसाधन जिसने इन एयरोगेल्स के बारे में लिखा है। इसके अलावा, विकी भी ऐसे संकेतक दिखाता है। वायु घनत्व 1.2 मिलीग्राम/सेमी 3 है, कथानक नायक का घनत्व 0.16 है। दोबारा जांच करने से थककर, मैंने खुद को आश्वस्त किया कि एरोजेल छिद्रपूर्ण होते हैं और घनत्व की गणना करते समय, उन्होंने स्पष्ट रूप से उनके अंदर हवा के वजन को बाहर कर दिया। इस प्रकार, हवा के बिना धातु माइक्रोलैटिस के एक घन सेंटीमीटर का वजन 0.9 है। हवा के साथ - 2.2 मिलीग्राम। ऐसा लगता है कि ये एक साथ आ गए हैं. उफ़्फ़.

प्रमुख शोधकर्ताओं में से एक के अनुसार, फ्रीज-सुखाने की विधि प्रयोगशाला के बजाय एयरब्रश का बड़े पैमाने पर उत्पादन करना भी संभव बनाती है।

उनके बारे में एक भयानक वीडियो:

अब जब पूरी दुनिया ने एक नई, सबसे हल्की सामग्री के निर्माण के बारे में जान लिया है, तो इसके उपयोग के लिए कई विचार प्रस्तावित किए जा रहे हैं। सबसे लोकप्रिय विचारों में से एक है तेल रिसाव की सफ़ाई। ग्राफीन एयरजेल अपने वजन से 900 गुना अधिक मात्रा में तेल और पानी सोखने में सक्षम होगा। और अवशोषित तेल और पानी और ग्राफीन-एरोजेल का भी भविष्य में पुन: उपयोग किया जा सकता है। शोधकर्ता सामग्री और उसके संभावित अनुप्रयोगों को और विकसित करने के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं।

स्रोत: