En bit ledande grafenskum förstärkt med kolnanorör kan stödja mer än 3, 000 gånger sin egen vikt och enkelt studsa tillbaka till sin ursprungliga höjd, enligt forskare från Rice University.

Ännu bättre, den kan göras i nästan vilken form och storlek som helst, de rapporterade, demonstrerar en skruvformad bit av det mycket ledande skummet.

Kemisten James Tours rislab testade sin nya "armeringsjärnsgrafen" som en mycket porös, ledande elektrod i litiumjonkondensatorer och fann den vara mekaniskt och kemiskt stabil.

Forskningen visas i tidskriften American Chemical Society ACS tillämpade material och gränssnitt .

Kol i form av atomtunt grafen är ett av de starkaste materialen som är känt och är mycket ledande; flerväggiga kolnanorör används ofta som ledande förstärkningar i metaller, polymerer och kolmatriskompositer. Tour-labbet hade redan använt nanorör för att förstärka tvådimensionella ark av grafen. Att utvidga konceptet till material i makroskala var vettigt, sa Tour.

"Vi utvecklade grafenskum, men det var inte tillräckligt tufft för den typ av applikationer vi hade i åtanke, så att använda kolnanorör för att förstärka det var ett naturligt nästa steg, " sa Tour.

De tredimensionella strukturerna skapades av en pulveriserad nickelkatalysator, tensidlindade flerväggiga nanorör och socker som kolkälla. Materialen blandades och vattnet avdunstades; de resulterande pelletsen pressades in i ett stålmunstycke och värmdes sedan i en ugn för kemisk ångavsättning, som förvandlade det tillgängliga kolet till grafen. Efter ytterligare bearbetning för att ta bort rester av nickel, resultatet blev ett helt kolskum i form av formen, i detta fall en skruv. Tour sa att metoden blir lätt att skala upp.

Elektronmikroskopbilder av skummet visade att delvis uppackade yttre skikt av nanorören hade bundit till grafenen, som stod för dess styrka och motståndskraft. Grafenskum som producerats utan armeringsjärn kunde bara bära cirka 150 gånger sin egen vikt samtidigt som det behöll förmågan att snabbt återgå till sin fulla höjd. Men armeringsjärnsgrafen deformerades irreversibelt med cirka 25 procent när den laddades med mer än 8, 500 gånger sin vikt.

Junwei Sha, en gästande doktorand vid Rice och en doktorand vid Tianjin University, Kina, är huvudförfattare till tidningen. Medförfattare från Rice är postdoktorala forskarna Rodrigo Salvatierra, Pei Dong och Yongsung Ji; doktorander Yilun Li, Tuo Wang, Chenhao Zhang och Jibo Zhang; tidigare postdoktorn Seoung-Ki Lee; Pulickel Ajayan, ordförande för institutionen för materialvetenskap och nanoteknik, Benjamin M. och Mary Greenwood Anderson professor i teknik och professor i kemi; och Jun Lou, professor i materialvetenskap och nanoteknik. Naiqin Zhao, en professor vid Tianjin University och en forskare vid Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering, Tianjin, är också medförfattare. Turnén är T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i datavetenskap och i materialvetenskap och nanoteknik vid Rice.