En upptäckt vid Rice University syftar till att göra fordon som körs på komprimerad naturgas mer praktiska. Det kan också förlänga hållbarheten för öl och läsk på flaska.

Rice lab av kemisten James Tour har förbättrat ett polymermaterial för att göra det mycket mer ogenomträngligt för gas under tryck och mycket lättare än metallen i tankar som nu används för att innehålla gasen.

Kombinationen kan vara en välsignelse för en bilindustri under press att marknadsföra konsumentbilar som använder billigare naturgas. Det kan också hitta en marknad för mat- och dryckesförpackningar.

Tour och hans kollegor på Rice och i Ungern, Slovenien och Indien rapporterade sina resultat denna vecka i onlineupplagan av tidskriften American Chemistry Society ACS Nano .

Genom att lägga till modifierade, enatomtjocka grafennanorband (GNR) till termoplastisk polyuretan (TPU), rislabbet gjorde det till 1, 000 gånger svårare för gasmolekyler att fly, sa Tour. Det beror på att banden är jämna spridda genom materialet. Eftersom gasmolekyler inte kan penetrera GNR, de står inför en "slingrig väg" till frihet, han sa.

Forskarna erkände att en solid, tvådimensionellt ark av grafen kan vara den perfekta barriären för gas, men produktionen av grafen i sådana bulkkvantiteter är ännu inte praktiskt, sa Tour.

Men nanorband av grafen finns redan där. Tours banbrytande "unzipping"-teknik för att förvandla flerväggiga kolnanorör till GNR, avslöjades först i Nature 2009, har tillstånd för industriell produktion. "De här tillverkas i bulk, vilket också borde göra containrar billigare, " han sa.

Forskarna ledda av Rice-studenten Changsheng Xiang producerade tunna filmer av kompositmaterialet genom att lösningsgjuta GNR:er behandlade med hexadekan och TPU, en blocksampolymer av polyuretan som kombinerar hårda och mjuka material. Den lilla mängden behandlade GNR stod inte för mer än 0,5 procent av kompositens vikt. Men de överlappande 200 till 300 nanometer breda banden spred sig så bra att de var nästan lika effektiva som stora ark grafen för att innehålla gasmolekyler. GNRs geometri gör dem mycket bättre än grafenark för bearbetning till kompositer, sa Tour.

De testade GNR/TPU-filmer genom att sätta trycksatt kväve på ena sidan och ett vakuum på andra sidan. För filmer utan GNR, trycket sjönk till noll på cirka 100 sekunder när kväve strömmade in i vakuumkammaren. Med BNR på 0,5 procent, trycket vek inte över 1, 000 sekunder, och det sjönk bara något under mer än 18 timmar.

Spännings- och töjningstester fann också att förhållandet på 0,5 procent var optimalt för att förbättra polymerens styrka.

"Tanken är att öka tankens seghet och göra den ogenomtränglig för gas, Tour sa. "Detta blir allt viktigare när biltillverkare tänker på att driva bilar med naturgas. Metalltankar som kan hantera naturgas under tryck är ofta mycket tyngre än vad biltillverkarna skulle vilja."

Han sa att materialet kunde hjälpa till att lösa långvariga problem i livsmedelsförpackningar, för.

"Kom ihåg när du var liten, du skulle få en ballong och den skulle vissna dagen efter? Det beror på att gasmolekyler går genom gummi eller plast, Tour sade. "Det tog år för forskare att lista ut hur man gör en plastflaska för soda. En gång, du kunde inte få en kolsyrad dryck i något annat än en glasflaska, tills de kom på hur man modifierar plast för att innehålla koldioxidbubblorna. Och även nu, läsk på flaska går platt efter en period av månader.

"Öl har ett större problem och, på vissa sätt, det är det omvända problemet, " sa han. "Syremolekyler kommer in genom plast och gör att ölet blir dåligt." Flaskor som är effektivt ogenomträngliga kan leda till en bryggning som håller sig fräsch på hyllan mycket längre, sa Tour.