全碳气凝胶

全碳氣凝膠(英語:Aerographite,暫名)是一種人造發泡物質,微觀上是一個由組成的多孔而具互連的網絡的管狀物。全碳氣凝膠的密度為180 g/m3 (0.00112 lbs/ft3),是人類創造過的其中一種最輕的結構材料。它是由德國的兩所大學——基爾大學漢堡-哈爾堡工業大學聯合開發的,於2012年六月首次被公開在科學雜誌上。

結構和特性编辑

全碳氣凝膠是一種黑色、不需依靠支撐物而豎立的物質,能被塑造成多變的形狀,可大至數立方厘米。它是由具無縫、互連的管狀物所組成,其管狀物的直徑約為微米大小,牆壁為15奈米。基於其相對較小的彎曲度和相對較大的牆壁厚度,且外壁為石墨烯狀,使其和玻璃碳在性質上約有差異。全透氣凝膠的管壁會斷開有皺褶,令它具有彈性的特質。

電子能量損失譜電導率作測量,可確認全碳氣凝膠中的碳鍵具有sp2杂化的性質。

當外力擠壓,全碳氣凝膠的電導率會上升,和它的密度作比較,電導率由~0.2 S/m(0.18 mg/cm3時)上升互0.8 S/m(0.2 mg/cm3時),及至37 S/m(50 mg/cm3時)[1]。 因此,當被壓縮得愈緊密,導電性能便愈高。

基於全碳氣凝膠的管狀、互連的網絡的結構,全碳氣凝膠比其他炭制人造發泡物質(如矽膠氣凝膠)更能抵抗拉力。全碳氣凝膠可以維持很大的彈性變形 ,並有很低的泊松比。一個三毫米高的全碳氣凝膠被壓至十分一毫米後,可以完全恢復至三毫米。全碳氣凝膠的極限抗拉強度視乎材料密度。全碳氣凝膠的極限抗拉強度大約是160 kPa(8.5 mg/cm3時)与1 kPa(0.18 mg/cm3時),相比下,最堅固的矽膠氣凝膠極限抗拉強度為16 kPa(100 mg/cm3時)。在張力下,楊氏模數大約是15 kPa(0.2 mg/cm3),但在壓力下會低得多,楊氏模數會由1kPa(0.2 mg/cm3) 上升至7 kPa(15 mg/cm3)。[1]作者所提供的密度是是基於質量的測量,和為了實驗也適用於其他結構的人造發泡物質的外在體積的測定。

全碳氣凝膠是超疏水性的,所以當它是數厘米大小時會抗拒。另外,全碳氣凝膠對靜電效應比較敏感,會自發地被帶電物件吸引.[1]

 
一個具「緊閉的石墨外殼」的變異全碳氣凝膠的內在結構樣本(電子掃描圖像来自基爾大學漢堡-哈爾堡工業大學)

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來源编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Mecklenburg, Matthias; Schuchardt, Arnim; Mishra, Yogendra Kumar; Kaps, Sören; Adelung, Rainer; Lotnyk, Andriy; Kienle, Lorenz; Schulte, Karl. Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance. Advanced Materials. 2012, 24 (26): 3486–90. PMID 22688858. doi:10.1002/adma.201200491.