Tuff, ultralätt skum av atomtjocka ark kan tillverkas till valfri storlek och form genom en kemisk process som uppfanns vid Rice University.

I mikroskopiska bilder, skummet kallat "GO-0.5BN" ser ut som en nanoskala byggnad, med golv och väggar som förstärker varandra. Strukturen består av ett par tvådimensionella material:golv och väggar av grafenoxid som självmonteras med hjälp av sexkantiga bornitridplättar.

Forskarna säger att skummet kan användas i strukturella komponenter, som superkondensator och batterielektroder och för gasabsorption, bland andra applikationer.

Forskningen från ett internationellt samarbete som leds av materialforskaren Pulickel Ajayan från Rice lab presenteras idag i onlinetidsskriften Naturkommunikation .

Grafenoxid (GO) är en variant av grafen, det sexkantiga gallret av kolatomer som är känt för sin överlägsna styrka och konduktivitet. Det kan produceras i bulk genom kemiskt exfoliering av oxiderad grafit. Sexkantig bornitrid (h-BN) ser ut som GO, med samma "kycklingtråd" -mängd av atomer. En isolator som kallas "vit grafen, "h-BN har en förmåga att skapa sömlösa gränssnitt med grafen som har lett till skapandet av intressanta hybridmaterial hos Rice och på andra håll.

Soumya Vinod, Ris-doktoranden som ledde projektet, sa att hon och hennes kollegor förväntade sig att tillsats av h-BN till grafenoxid skulle härda det resulterande skummet, men "den beordrade, skiktad struktur var inte helt förväntad. "

"När vi observerade strukturen, vi visste att det var väldigt annorlunda än de andra nanotekniska skum som rapporterats och kan leda till mycket intressanta egenskaper, " Hon sa.

Dessa egenskaper inkluderar förmågan att hantera en stor belastning och fortfarande studsa tillbaka till sin ursprungliga form. Detta är anmärkningsvärt, Vinod sa, för ett material som är så lätt att ett vilseledande andetag i labbet skulle skicka de små proverna.

Båda komponenterna i det nya materialet börjar som billigt, rikligt med pulver. Atomtjocka lager av grafenoxid och h-BN exfolieras kemiskt från pulvren, blandas i rätt proportion med några kemiska katalysatorer och frystorkas. Det resulterande skummet har behållarens form och är 400 gånger mindre tätt än grafit.

För provning, Vinod och hennes kollegor tillverkade skum av ren grafenoxid och skum med h-BN vid 25 och 50 viktprocent. 50-procentiga h-BN-versionen befanns vara den mest mekaniskt stabila, även om hon förväntar sig att optimera blandningen - och öka storleken - med ytterligare experiment. "Vi fann att mer koncentration av h-BN leder till låg strukturell integritet, men vi har ännu inte optimerat rätt mängd, " Hon sa.

En närbild på skummet avslöjade golven som självmonterade ark med överlappande GO-flingor. Tvärbindande blodplättar av h-BN fördelades enhetligt genom materialet och höll arken ihop.

Prover på storleken på en penna -suddgummi komprimerades med en eller två slantar för att se hur bra de skulle studsa tillbaka.

H-BN-trombocyterna ansluts till grafenoxid och absorberar spänning från kompression och stretching, förhindrar att GO -golv smulas och väsentligt förbättrar materialets termiska stabilitet, Sa Vinod. Trombocyterna förhindrade också spridning av sprickor som förstörde prover med mindre eller ingen h-BN.