Stora flingor av grafenoxid är den viktigaste ingrediensen i ett nytt recept för robust kolfiber som skapats vid Rice University.

Fibern snurrade på Rice är unik för styrkan i sina knutar. De flesta fibrer kommer sannolikt att knäppas under spänning vid knuten, men Rices fiber demonstrerar vad forskarna kallar "100 procent knop effektivitet, "där fibern är lika sannolikt att bryta var som helst längs dess längd som vid knuten.

Det nya verket från Rice lab of chemist James Tour visas online idag i tidningen Avancerade material .

Materialet kan användas för att öka styrkan hos många produkter som använder kolfiber, som kompositer för starka, lätta flygplan eller tyger för skottsäkra kläder, enligt forskarna.

"Att se det här är väldigt konstigt, "Tour sa." Knuten är lika stark som alla andra delar av fibern. Det händer aldrig i en kolfiber eller polymerfibrer. "

Krediten går till de unika egenskaperna hos grafenoxidflingor som skapats i en miljövänlig process som patenterades av Rice för några år sedan. Flingorna som är kemiskt extraherade från grafit verkar små. De har en medeldiameter på 22 mikron, en fjärdedel av bredden på ett genomsnittligt människohår. Men de är massiva jämfört med den petroleumbaserade tonhöjden som används i nuvarande kolfiber. "Tonhöjdspartiklarna är två nanometer stora, vilket gör våra flingor ungefär tiotusen gånger större, "sade Rice doktorand Changsheng Xiang, huvudförfattare till det nya papperet.

Som med tonhöjd, den svaga van der Waals -kraften håller ihop grafenflingorna. Till skillnad från pitch, de atomtjocka flingorna har en enorm yta och klamrar sig till varandra som skalorna på en fisk när de dras in i en fiber. Den våtspinnande processen liknar den som nyligen användes för att skapa mycket ledande fibrer gjorda av nanorör, men i detta fall använde Xiang bara vatten som lösningsmedel snarare än en supersyra.

Böjbarhet vid knuten beror på fiberns böjningsmodul, vilket är ett mått på dess flexibilitet, Sa Xiang. "Eftersom grafenoxid har mycket låg böjningsmodul, det tror att det inte finns någon knut där, " han sa.

Tour sa att industriella kolfibrer-en källa till stålliknande styrka i ultralätta material som sträcker sig från basebollträ till cyklar till bombplan-inte har förbättrats mycket på decennier eftersom kemin närmar sig sina gränser. Men de nya kolfibrerna som spunnits vid rumstemperatur vid Rice visar redan imponerande draghållfasthet och modul och har potential att bli ännu starkare vid glödgning vid högre temperaturer.

Uppvärmning av fibrerna till cirka 2, 100 grader Celsius, industristandarden för tillverkning av kolfiber, kommer sannolikt att eliminera knutstyrkan, Xiang sa, men bör kraftigt förbättra materialets draghållfasthet, vilket kommer att vara bra för att göra nya kompositmaterial.

Risforskarna skapade också en andra typ av fiber med mindre 9-mikron flingor av grafenoxid. De små flingfibrerna, till skillnad från den stora, drogs från den våtspinnande processen under spänning, vilket ledde till att flingorna blev ännu bättre inriktade och resulterade i att fibrer med styrka närmade sig kommersiella produkter, även vid rumstemperatur.