Содержание
3D печать графеновым аэрогелем / Хабр
Эта статья является переводом «You can now 3D print one of the world’s lightest materials» с сайта qz.com, ну и немного от себя добавил.
Аэрогели — это одни из легчайших твердых материалов, созданных человеком. Графеновый аэрогель — рекордсмен в этой категории. Он настолько легок, что напечатанная на 3D принтере решетка из него не может даже сделать вмятину на комке шерсти. Аэрогель в 1000 раз легче воды. Минимальная плотность аэрогеля находит для него множество сфер применения. В том числе он может использоваться даже для сбора разливов нефти.
В настоящее время ученые из State University of New York (SUNY) и Kansas State University опубликовали в журнале Small статью о способе 3D печати графеновым аэрогелем. Эта технология упрощает формования изделий из этого материала и расширяет сферу его применения.
Графен — это слой атомов углерода толщиной в один атом. Впервые он был получен в 2004 году.
И с тех пор был разрекламирован как удивительный материал за его прочность, пластичность и проводимость. Аэрогель по существу это обычный гель в котором вода заменена на воздух. Графеновый аэрогель известен своей высокой сжимаемостью (поэтому он может выдерживать высокое давление не разрушаясь) и высокой проводимостью. Сама структура материала, что придает ему эти качества, делает сложным его использование в 3D печати. Обычно для 3D печати аэрогелем основной материал смешивают с другими ингредиентами такими, как полимер. После придания структуры, полимер убирается химическим процессом (растворители и т.д.). Для получения изделий из графенового аэрогеля такой способ не подойдет т.к. разрушит структуру графена.
Ученые из SUNY Buffalo и Kansas State University нашли решение этой проблемы. Они смешали оксид графена с водой и наносили методом 3D печати эту смесь на подложку с температурой в — 25 C°. Таким образом, они замораживали каждый напечатанный слой используя лед, как поддержку.
Как только процесс печати закончился, лед удалили жидким азотом — сублимационная сушка. Таким образом, они исключили воду из конструкции не повреждая микроструктуру. В дальнейшем материал был нагрет для удаления атома кислорода. В результате в аэрогеле остался только графен. Плотность материала полученного таким способом составила от 0,5 кг/м3 до 10 кг/м3. Плотность наилегчайшего полученного аэрогеля составляет 0,16 кг/м3.
Сейчас исследователи из SUNY и Kansas State University работают над адаптацией своей технологии к печати другими аэрогелями.
Ну и напоследок расскажу об одной вкусной интересной сфере применения аэрогеля.
[irony] Новая супер high-tech система приготовления пищи [/irony]
Bose представила систему приготовления пищи (видео по ссылке) состоящую из индукционной варочной панели со считывателем радиочастотных меток и возможностью мониторинга и питания беспроводного датчика температуры, а также кастрюли (сковородки) с внутренней стенкой изготовленной из материала проводника электрического тока, являющегося нагревателем, наружной стенки из не проводящего электрический ток материала и наполнителя из аэрогеля между двумя стенками.
В кастрюлю также встроена радиочастотная метка и беспроводной датчик температуры с индукционным питанием. Таким образом, получилась кастрюля которую можно не боясь обжечься держать голыми руками за дно во время кипения в ней воды. Выбор аэрогеля в качестве теплоизолятора обусловлен рядом требований таких как способность выдерживать высокие температуры, легкость, низкая теплопроводность (у аэрогелев теплопроводность находится где-то между вакуумными панелями и ППУ изоляцией, ближе к панелям). При установке кастрюли на варочную панель нагрев пищи/жидкости осуществляется за счет индукционного нагрева внутренней стенки кастрюли. Обратная связь реализована через датчик температуры, поэтому вместо задания определенной мощности подаваемой на нагревательный элемент используется выставление температуры внутренней поверхности кастрюли, что почти равно температуре пищи (низкая энергоемкость и высокая теплопроводность внутреннего слоя).
P.S. Мы стали еще на один шаг ближе к реализации «волшебного» стола IKEA.
Инженеры печатают на 3D-принтере графеновые аэрогели для очистки воды
Исследование показывает, как создавать стабильные и
большие аэрогели, удаляющие тяжелые металлы, органические
растворители и органические красители, — пишет eurekalert.org.
Графен превосходно удаляет загрязнения из воды, но пока он не
стал коммерчески выгодным средством.
В недавнем исследовании инженеры Университета Буффало сообщают о
новом процессе 3D-печати графеновых аэрогелей, который, по их
словам, преодолевает два ключевых препятствия — масштабируемость
и создание версии материала, достаточно стабильной для
многократного использования — для очистки воды.
«Цель состоит в том, чтобы безопасно удалить загрязняющие
вещества из воды без выделения каких-либо проблемных химических
остатков», — говорит соавтор исследования Нирупам Айч, доктор
философии, доцент кафедры экологической инженерии в Школе
инженерии и прикладных наук UB.
— Созданные нами аэрогели
сохраняют свою структуру при попадании в системы очистки воды, и
их можно применять в различных системах очистки воды».
Аэрогель — это легкое высокопористое твердое вещество,
образованное путем замены жидкости в геле на газ, так что
получаемое твердое вещество имеет тот же размер, что и исходное.
Они похожи по структурной конфигурации на пенополистирол: очень
пористые и легкие, но при этом прочные и эластичные.
Графен — это наноматериал, образованный элементарным углеродом и
состоящий из одного плоского листа атомов углерода, расположенных
в повторяющейся гексагональной решетке.
Чтобы создать правильную консистенцию чернил на основе графена,
исследователи обратились к природе. Они добавили к нему два
биоиндуцированных полимера — полидофамин (синтетический материал,
часто называемый КПК, похожий на адгезивный секрет мидий) и бычий
сывороточный альбумин (белок, полученный из коров).
В ходе испытаний перенастроенный аэрогель удалил некоторые
тяжелые металлы, такие как свинец и хром, от которых страдают
системы питьевой воды по всей стране.
Он также удалял
органические красители, такие как катионный метиленовый синий и
анионный синий Эванса, а также органические растворители, такие
как гексан, гептан и толуол.
Чтобы продемонстрировать возможность повторного использования
аэрогеля, исследователи пропустили через него органические
растворители 10 раз. Каждый раз удалялось 100% растворителей.
Исследователи также сообщили, что способность аэрогеля улавливать
метиленовый синий снизилась на 2-20% после третьего цикла.
По словам Айча, аэрогели также можно увеличивать в размерах,
потому что, в отличие от нанолистов, аэрогели можно печатать в
больших размерах. По его словам, это устраняет предыдущую
проблему, присущую крупномасштабному производству, и делает
процесс доступным для использования на крупных предприятиях,
таких как очистные сооружения сточных вод. Он добавляет, что
аэрогели можно удалить из воды и повторно использовать в других
местах, и что они не оставляют никаких следов в воде.
Айч является частью сотрудничества между UB и Питтсбургским
университетом под руководством профессора химии UB Дианы Ага,
доктора философии, по поиску методов и инструментов для
разложения пер- и полифторалкильных веществ (PFAS), токсичных
материалов, которые настолько трудно разрушить, что они известные
как «вечные химикаты». Айч отмечает сходство с его работой с
трехмерными аэрогелями и надеется, что результаты этих двух
проектов могут быть объединены для создания более эффективных
методов удаления загрязняющих веществ, переносимых водой.
«Мы можем использовать эти аэрогели не только для содержания
частиц графена, но и нанометаллических частиц, которые могут
действовать как катализаторы, — говорит Айх. — Будущая цель
состоит в том, чтобы нанометаллические частицы внедрялись в
стенки и поверхность этих аэрогелей, и они могли бы разлагать или
уничтожать не только биологические, но и химические
загрязнители».
Айч, Чи и Масуд имеют патент на графеновый аэрогель, описанный в
исследовании, и ищут промышленных партнеров для коммерциализации
этого процесса.
[Фото: eurekalert.org]
Графеновый аэрогель
Наведите курсор на изображение, чтобы увеличить
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Графеновый супермаркетАртикул: G-AEROGEL-CYL
Поделитесь этим продуктом
Графеновый аэрогель — один из самых легких в мире материалов с чрезвычайно низкой плотностью. Эта низкая плотность в сочетании с гидрофобными свойствами листов графена делает графеновый аэрогель многообещающим кандидатом на поглощение масла. Поглощающая способность в несколько сотен раз (или на два порядка) выше, чем у коммерчески доступных материалов для очистки окружающей среды.
Графеновый аэрогель также идеально подходит для хранения энергии благодаря его высокой электропроводности, чрезвычайно большой площади поверхности и превосходным механическим свойствам.
Кроме того, батареи, сконструированные с использованием графенового аэрогеля, могут быть очень маленькими, обеспечивая при этом значительную мощность.
Графеновый аэрогель производится путем восстановления нашей пасты на основе оксида графена.
Свойства:
Плотность: 12,5 мг/см 3
Электропроводность: 1-10×10 -4 S см -1
Приблизительные размеры:
1. Цилиндрическая форма:
Диаметр : 2,3 см (0,9 дюйма)
2.
Прямоугольная форма:
- Длина: 7,1 см (2,8 дюйма)
- Ширина: 6,6 см (2,6 дюйма)
- Высота: 1,3 см (0,52 дюйма)
Applications
Absorption of oil and organic pollutants
Batteries
Supercapacitors
Electrochemical sensors
Image of Graphene Aerogel resting on a flower
SEM Images of Graphene Aerogel
Нестандартные размеры могут быть изготовлены по запросу клиента, связавшись с нами по адресу info@graphenelab.
com
American ExpressApple PayDiners ClubDiscoverMeta PayGoogle PayMastercardPayPalShop PayVenmoVisa
Ваша платежная информация защищена. Мы не храним данные кредитной карты и не имеем доступа к информации о вашей кредитной карте.
Применение и свойства графенового аэрогеля
Графен
аэрогель — самый популярный материал в настоящее время, который нашел свое применение во многих
несколько отраслей, таких как суперконденсаторы, литий-ионные батареи, окружающая среда
целей, солнечных или топливных элементов и т. д. Он также используется в более продвинутых
фронты. Например, НАСА использует графеновые аэрогели для изготовления больше
передовые скафандры. Его использование в производстве термобелья для спорта еще не изучено.
еще одно революционное использование, которое может спасти владельцев от
враждебные условия столь же резкие, как -321 градус по Фаренгейту. Графен представляет собой
революционный материал, а его форма аэрогеля сделала его более важным, потому что
из некоторые исключительные свойства , благодаря которым этот новый материал находит применение в
приложений для улучшения электроники, конденсаторов, аккумуляторов и, по сути,
лучшее будущее.
Однако область применения графеновых аэрогелей невелика.
все еще находится в стадии обширных исследований, и самый удивительный графеновый аэрогель на основе
гаджеты еще впереди в ближайшие годы.
Введение
Графеновые аэрогели — самые легкие в мире трехмерные структуры с низким
плотность и высокая пористость. Эти материалы невероятно легкие,
их можно положить поверх ватного тампона или на лепестки цветов. В
Дело в том, что эти материалы настолько легкие, что один галлон воды тяжелее.
чем 150 кирпичиков графенового аэрогеля. Они не только легкие, но
также прочнее стали, несмотря на то, что составляет всего 0,2% от веса стали. Эти
новые материалы стали настолько важными, что современные разработки, такие как
производство скафандров и термоодежды кажется невозможным без
их.
История аэрогелей графена
Аэрогели графена обладают некоторыми замечательными свойствами, которые делают их
материал действительно чудесный и революционный. Самое большое качество
графеновый аэрогель — его легкий вес.
Он настолько легкий, что весит всего 0,16 г.
миллиграмм на кубический сантиметр. У него удивительно низкая плотность.
в два раза больше водорода и меньше гелия. Он также популярен для
исключительная эластичность и способность поглощать органику.
Графеновые аэрогели представляют собой синтетические материалы с низкой плотностью и высокой
пористость. Его синтез включает восстанавливающий раствор оксида графена-предшественника.
чтобы получить графеновый гидрогель. Затем используют сушку вымораживанием для удаления растворителя и
заменить его воздухом. Полученная структура представляет собой графеновый аэрогель, который
состоит из сети листов графена, связанных друг с другом ковалентными
связи и карманы воздуха между этими слоями, что делает его плотность всего 3
мг на кубический сантиметр.
Графеновые аэрогели, обладающие эластичностью, легким весом и прочными механическими свойствами
свойства стал самым популярным современным материалом. Он используется в
несколько приложений в нескольких отраслях, таких как суперконденсаторы, космические
технологии и т.
д. Однако область применения графеновых аэрогелей очень широка.
все еще находится в стадии обширного исследования.
Хотя случайные попытки изучения графена восходят к 1859 году,
значительное исследование материала началось в 2004 году, когда два профессора
Университет Манчестера, профессор сэр Андре Гейм и профессор сэр Костя
Новоселов открыл и выделил единственный слой углерода за очень
впервые в истории науки. Оба профессора получили Нобелевскую
Премия по физике за свои достижения.
После открытия одного слоя углерода эта область исследований
рос так быстро, что теперь сотни лабораторий по всему миру
исследование различных аспектов графена. Графеновые аэрогели
самые современные разработки в этой области. Ученый Гао Чао и его команда впервые
время открыл графеновые аэрогели в Чжэцзянском университете. Они уже
разработал макроскопические материалы из графена. Однако эти
материалы были в основном одномерными и двумерными. графен
аэрогели, с другой стороны, представляют собой трехмерную структуру.
Следовательно, после
приверженность значительным усилиям и настойчивость исследователей и
Ученые обнаружили трехмерные графеновые аэрогели, которые являются одними из самых легких известных
материалов на земле.
Свойства графеновых аэрогелей
Графеновые аэрогели обладают некоторыми исключительными свойствами, которые не могут быть
ожидается от любых других типов твердых материалов.
- Графен
аэрогели состоят из атомов углерода, связанных между собой ковалентными связями,
формируется в тонкие листы толщиной всего в один атом. - Графен
аэрогели — чрезвычайно легкие материалы, которые в семь раз легче
чем воздух и на 12% легче аэрографита (предыдущий рекордсмен
как самый легкий материал). Проще говоря, один куб.
сантиметр графенового аэрогеля весит всего 0,16 миллиграмма. - Графен
аэрогели имеют самоподдерживающуюся трехмерную нанопористую сотовую структуру
конструкция с большой площадью поверхности.
- Графен
аэрогели также являются отличными изоляционными материалами. Толстая плита из
Считается, что графеновый аэрогель изолирует от голубого пламени
Бунзеновская горелка. - Графен
аэрогели представляют собой материалы с очень высокими физическими и химическими
стабильность. - Графен
аэрогели имеют значения модуля Юнга 50 МПа, что означает, что они очень
эластичен и может легко сохранять свою первоначальную форму даже после 90% сжатия. - Графен
аэрогели имеют наименьшую плотность — 12,5 мг на куб.
сантиметр. Это означает, что у него низкая плотность, так как он в два раза больше
водорода и ниже гелия. - Графен
аэрогели также прочнее стали, несмотря на то, что они составляют всего 0,2%
вес стали. - замечательная низкая плотность графеновых аэрогелей также делает их очень
абсорбент. По оценкам, он способен поглощать больше
чем в 850 раз больше собственного веса
Чтобы получить больше информации об использовании графена,
, вы можете прочитать наш блог здесь.
Применение графеновых аэрогелей
Графен — феноменально сверхпрочный материал, который также имеет другие
также исключительные качества. Этот замечательный материал привел к ряду
большие технологические инновации. Графеновые аэрогели обладают высокой прочностью.
Соотношение веса, которое делает его идеальным для различных типов приложений, начиная от
от опресняющих фильтров до быстрозаряжаемых аккумуляторов и даже передовых
светодиодные лампы нового поколения. Однако это только начало, и самое удивительное
В ближайшие годы появятся гаджеты на основе графенового аэрогеля. Последующий
некоторые приложения, которые в полной мере используют эту удивительную новую
материал.
- Графен
аэрогели используются для изготовления космических скафандров, и НАСА является пионером в этом
отношении, которое использует графеновые аэрогели для производства более
передовые скафандры. - Графен
использование аэрогелей в производстве термоодежды – еще один
революционное использование, которое может спасти владельцев от
враждебные условия столь же резкие, как -321 градус по Фаренгейту. - Графен
аэрогели нашли широкое применение в производстве сверхбыстрых
зарядка аккумуляторов. Современные аккумуляторы с графеновыми суперконденсаторами
супер аккумуляторы, не теряющие работоспособности даже после интенсивного использования.
Кроме того, скорость зарядки этих аккумуляторов также поразительно высока.
высокий. - Исследования
также собирается производить накопители энергии на основе графенового аэрогеля.
который однажды заменит литий-ионные батареи в электронных устройствах
как смартфоны, ноутбуки и т. д. и даже в электромобилях. Такая энергия
устройства хранения будут более эффективными в отношении скорости зарядки,
продолжительность жизни и воздействие на окружающую среду. - Графен
аэрогели также считаются будущим светодиодных ламп, потому что
Исследовательская группа Universe of Manchester создала диммируемую лампу в форме нити.
Светодиодная лампа, покрытая графеном, снизила потребление энергии на
10%. - Исследования
также доказал, что графеновые аэрогели можно использовать для роста клеток.
промотор и абсорбент для выведения гистамина (пищевого токсиканта)
эффективно из настоящей пищевой матрицы. - Графен
аэрогели являются отличными абсорбентами, что означает, что их можно использовать для защиты окружающей среды.
очистить, как разливы нефти. Он способен удерживать в 1000 раз больше своего веса.
жидкой из-за высокой степени восстанавливаемой сжимаемости и
общая жесткость конструкции. Графеновые аэрогели также подходят для
очистить пыль с хвостов комет. - Графен
аэрогели являются прекрасным источником для эффективного хранения энергии и
преобразование из-за пористых иерархических структур, которые способны
обеспечивают быстрый перенос электронов/ионов, хорошую производительность цикла и высокую
физическая и химическая стабильность. - Графен
аэрогели также используются в методах 3D-печати,
графеновый аэрогель, способный сохранять свою форму при комнатной температуре. - Графен
аэрогели используются для производства опресняющих фильтров. Те атомной толщины
фильтры могут уменьшить количество энергии, необходимой для
превращение соленой воды в чистую питьевую воду. Отверстия фильтра только
100 нанометров в диаметре достаточно, чтобы молекулы воды
протиснуться без лишнего давления, но в то же время слишком мелко
для прохождения частиц соли. Такие опреснительные фильтры снижают
требуемое количество энергии примерно на 20%. Следовательно, эти фильтры
более экологичны и лучше подходят для тех районов, где
электричества так же мало, как питьевой чистой воды. - Графен
Считается, что аэрогели могут заменить воздушные шары.
из-за их высокой пористости и низкой плотности.
Заключение
Графеновые аэрогели — самые легкие твердые материалы в мире. Хотя
графен был предметом исследований с 1859 г., и только после 2004 г.
исследование уловило импульс, и в результате у нас теперь есть удивительная
продукт, графеновый аэрогель.
Его получают путем соединения полимера с растворителем.
а затем растворитель заменяется газом, обычно воздухом (99,98% по объему). Такой
большая доля воздуха делает его самым легким материалом. Он такой же легкий
что его можно балансировать на травинке или лепестках цветка. Аэрогели могут
быть приготовлены из самых разных химических соединений, и они очень
разнообразные материалы с множеством уникальных свойств. Имеют низкую плотность, высокую
пористость и низкая теплопроводность. Эти замечательные качества позволили
аэрогель, чтобы найти применение в различных приложениях в нескольких отраслях.
графеновый аэрогель — самый популярный материал в настоящее время, который нашел свое применение
в нескольких отраслях, таких как суперконденсаторы, литий-ионные батареи,
экологические цели, солнечные или топливные элементы, энергосберегающие материалы, устойчивые
товары для строительства, одежда, уличный и спортивный инвентарь, архитектурные
панели освещения, терморазрыв и контроль конденсации, оптика, визуализация
устройства, защита от коррозии под изоляцией, высокоэффективные добавки к
покрытия и т.
д. Он также используется на более совершенных фронтах. Например, НАСА
использует графеновые аэрогели для производства более совершенных скафандров. Его
использование в производстве термобелья для спорта — еще один прорыв в области применения
который может спасти владельцев от враждебных условий, столь же радикальных, как
-321 градус по Фаренгейту. Однако область применения графена
аэрогели все еще находятся в стадии обширных исследований, и самый удивительный графен
В ближайшие годы появятся гаджеты на основе аэрогеля.
Чтобы получить дополнительную информацию, вы можете посетить Blografi.
Ссылки
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c7ee03031b#!divAbstract
https://www.engadget.com/2016-10-29 -six-amazing-uses-for-the-the-wonder-material-graphene.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Aerographene
https://www.graphene-info.com/graphene-aerogel
https://www.