Forskare har designat kol aerogeler som kan sträckas reversibelt till mer än tre gånger sin ursprungliga längd, uppvisar elasticitet liknande den hos ett gummiband. Genom att lägga till reversibel töjbarhet till aerogels befintliga egenskaper (som redan innehåller en ultralåg densitet, lättvikt, hög porositet, och hög konduktivitet), resultaten kan leda till en mängd nya tillämpningar av kol aerogeler.

Forskarna, ledd av Chao Gao, Zhen Xu, och andra vid Zhejiang University, har publicerat ett papper om de mycket töjbara kol aerogeler i ett nyligen utgåva av Naturkommunikation .

"Vi visade möjligheten att snygga oorganiska material också kan ha gummiaktig elasticitet, "berättade medförfattaren Fan Guo vid Zhejiang University Phys.org . "Den gummiliknande aerogelen i kol öppnar ett nytt material som kombinerar ultralätthet, temperaturvariabel hög elasticitet, och robust mekanisk prestanda. "

På grund av den ökande efterfrågan på töjbar elektronik, forskare har nyligen undersökt metoder för att förbättra elasticiteten hos kol aerogeler, som vanligtvis inte är särskilt elastiska.

I det nya arbetet, forskarna designade kol aerogeler bestående av både grafen (ett tvådimensionellt material) och flerväggiga kolnanorör (CNT, ett endimensionellt material), sammansatt i fyra ordningar av hierarkiska strukturer som sträcker sig från nanometer till centimeter skala. För att tillverka materialet till aerogeler, forskarna skapade ett bläck bestående av grafenoxid och nanorör, och bildade sedan aerogeler via bläckstråleskrivare.

I tester, forskarna visade att de nya aerogeler uppvisar en draghållfasthet som är 5 gånger högre än för tidigare aerogels. De fann att stark atombindning mellan grafen och CNT resulterar i en synergistisk effekt, vilket leder till större stretch -elasticitet och stabilitet. Dessutom, de nya aerogelerna tål extrema temperaturer, till skillnad från de flesta tidigare försök till töjbara aerogeler där aerogelerna blir viskösa eller spröda när de utsätts för värme eller kyla.

För att demonstrera en möjlig ansökan, forskarna fäst tre av de nya töjbara aerogeler på lederna i en ormliknande robot. Aerogeler fungerar som sensorer för att övervaka robotens rörelser och konfigurationer. Till skillnad från konventionella sensorer som bara kan detektera envägsdeformation, aerogelsensorerna kan skilja mellan flera konfigurationer, föreslår möjligheten för en ny generation sensorer med förmåga för logisk identifiering av sofistikerade formändringar.

Andra möjliga tillämpningar av de töjbara aerogelerna inkluderar bärbara elektroniska enheter, rymdapplikationer, energiproduktion och lagring, samt att använda dem som lätta mekaniska enheter, särskilt vid extrema temperaturförhållanden.

"Denna gummiliknande aerogel i kol öppnar många möjligheter, "Guo sa." Först, styrkan och Youngs modul [ett mått på dragelasticitet] för kolgummi är lägre än polymerelastomerer. I allmänhet, Youngs modul av polymergummi är 1-2 storleksordningar högre än våra kolgummi.

"Andra, vi strävar efter att göra kol aerogeler mer mekaniskt robusta för att klara extrema och komplicerade deformationer, såsom högre töjning och vridning. Under tiden, fler tillämpningar av detta nya kolgummi kan utforskas och andra typer av oorganiska gummi kan uppnås med hjälp av denna hierarkiska synergistiska monteringsmetodik. "

© 2018 Phys.org