Международная команда исследователей, возглавляемая специалистами из Бэйхангского университета, Китай, и Техасского университета в Далласе, разработала высокопрочные и сверхжесткие листы углерода, которые можно изготавливать при низких температурах.
Для получения структуры ученые сшили вместе пластинки графитообразного углерода, вроде того, которые используется в карандашных грифелях. Производственный процесс привел к получению материала, превосходящего механические свойства углеволокнистых композитов, использующихся в различных коммерческих продуктах, сообщает phys.org.
«Наши листы могут заменить эти дорогие материалы, применяемые в широком диапазоне изделий: от самолетов и корпусов автомобилей, до лопастей турбин и спортивного инвентаря», — сказал доктор Рэй Богман из Техасского университета, ответственный автор работы.
Результаты исследования представлены в журнале PNAS.
Высокая стоимость композитов из углеродных волокон частично обусловлена тем, что они производятся при высоких температурах, достигающих 2500°С.
«Для сравнения, наш процесс использует графит, который легко добывать из земли и обрабатывать при 45°С, — сказал профессор Кьюнфэн Ченг, ответственный автор работы из Бэйхангского университета. – Прочность листов во всех направлениях соответствует углеволокнистым композитам, и они могут поглощать намного больше механической энергии до поломки».
Графит состоит из пластин, сделанных из стопок слоев графена.
«Но использование последнего для механического производства больших листов непрактично. Понадобится стопка из почти 150 000 слоев графена, чтобы сделать графитовую панель, толщиной с человеческий волос», — сказал Ченг.
Исследователи пошли по другому пути, вдохновившись природным примером перламутра.
«Вместо механической укладки компонентов больших углеродных листов, мы окислили микромерные графитовые пластины, чтобы они могли рассеяться в воде. Затем эту дисперсию профильтровали и получили листы ориентированного оксида графена, — сказал Богман. – На этом этапе структура хрупкая. Для соединения пластин мы использовали связующий агент, превративший оксид обратно в графен. Ключ в раздельном действии вещества за счет формирования ковалентных химических связей и связей Ван-дер-Ваальса».