Германские ученые создали самый легкий материал в мире

Аэрографит, полученный учеными кильского и гамбургского университетов, имеет плотность всего 0,2 мг на кубический сантиметр, и таким образом в 75 раз легче, чем стирофом (экструдированный пенополистирол). При этом он стабильный, непрозрачный, пластичный и проводит электричество.

Все эти свойства обеспечила особая внутренняя структура материала: он представляет собой сеть пористых углеродных нанотрубок, переплетающихся на нано- и микроуровне. Это достижение представлено его авторами в заглавной статье журнала Advanced Materials от 3 июля.

Аэрографит весит в четыре раза меньше, чем прежний рекордно легкий материал, полученный полгода назад. Он также был изготовлен в виде переплетения мельчайших трубок, но вместо углерода использовал никель — элемент с большей атомной массой. Дополнительный выигрыш в весе достигнут благодаря найденному способу получать трубки с пористыми стенками. Структура нового материала подтверждена исследованиями на трансмиссионном электронном микроскопе.

Несмотря на малую плотность аэрографит имеет высокую прочность. В отличие от большинства легких материалов, устойчивых к сжатию, но не к растяжению, он обнаруживает хорошую сопротивляемость к обоим типам нагрузки. В частности, аэрографит можно сжать на 95% после чего он восстанавливает прежнюю форму без каких-либо последствий. Еще одно интересное свойство нового композита: он абсолютно черный, то есть поглощает практически весь падающий свет.

Для получения аэрографита ученые использовали основу из оксида цинка. Порошок нагревали до 900 °С, после чего он кристаллизовался. В сделанной из этого материала заготовке формировались ветвистые микро- и наноструктуры, так называемые тетраподы. Затем в реакторе для химического осаждения из газовой фазы, при температуре 760 °С, волокна оксида цинка покрывались слоем графита, толщиной в несколько атомов. Одновременно, в газовую атмосферу, обогащенную углеродом, добавлялся водород, который реагировал с кислородом оксида цинка и выводил получающиеся водяные пары и цинк из материала. В итоге была получена переплетенная углеродная структура.

Чем быстрее выводился оксид цинка, тем более пористыми получались углеродные трубки и более легким — материал. Немаловажным обстоятельством было то, что ученые могли точно контролировать протекание процесса на всех этапах.

Благодаря уникальным свойствам аэрографит может найти применение, например, в электродах сверхлегких литий-ионных батарей для электромобилей и электровелосипедов. Среди других перспективных приложений — использование в электросхемах летательных аппаратов (из-за высокой устойчивости к вибрации), в фильтрах для очистки воды и воздуха.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI