Tout a commencé en 1931, il y a plus de 80 ans, lorsque Samuel Stevens Koestler a inventé les aérogels, les matériaux les plus légers de l'époque, mais en même temps très durables.

Le calme est resté pendant 80 ans, jusqu'en 2011, lorsque le graphène, un matériau à micro-réseau, est devenu le matériau le plus léger. Sa densité n'était que de 0,9 mg pour 1 cm cube et elle était 4 fois inférieure à celle des aérogels. A partir de ce moment, tout a commencé véritable percée dans la recherche et l'invention de matériaux ultra-légers.

En moins d’un an, les scientifiques ont réussi à mettre au point l’aérographite et à le rendre 4 fois plus léger que le graphène. La densité de l'aérographite était de 0,18 mg/cm3.

Le défi a été relevé et le résultat est déjà là : des scientifiques chinois ont tenté de créer un matériau léger et le résultat fut un aérogel à base de graphène avec l'indicateur densité spécifique 0,16mg/cm3. Pour bien comprendre à quel type de matériau léger nous avons affaire, comparons-le avec l'air - il est 6,5 fois plus léger que l'air.

De quoi est composé cet aérogel à base de graphène ? Il s'agit d'un matériau poreux à base de carbone (carbone), qui est soumis à une lyophilisation. Nom officiel matériau ouvert « graphène-aérogel ».

Propriétés uniques du matériau :

• coefficient d'élasticité élevé;
• conductivité électrique;
• coefficient d'adsorption - 900.

Cela signifie qu'étant plus léger que l'air (oui, il peut s'envoler et doit être attaché comme ballon) et ayant une structure poreuse peut absorber une substance pesant 900 fois la sienne. Des idées émergent déjà pour utiliser le « graphène-aérogel » comme recycleur du pétrole déversé dans les mers et les océans. Notamment, le graphène et l’huile collectée peuvent être réutilisés après assemblage.

Conductivité électrique du matériau intéressera très probablement les fabricants d'électronique et technologie mobile, où le poids de l'appareil joue parfois un rôle très important.

Il a été inventé par un groupe de scientifiques dirigé par le professeur chinois Gao Chao de l'Université du Zhejiang et a fait sensation en Chine. monde scientifique. Le graphène, un matériau incroyablement léger en soi, est largement utilisé dans la nanotechnologie moderne. Et les scientifiques ont réussi à en obtenir un matériau poreux, le plus léger au monde.

L'aérogel de graphène a été fabriqué de la même manière que les autres aérogels : par séchage par sublimation. Une éponge poreuse en carbone-graphène copie presque entièrement n'importe quelle forme, ce qui signifie que la quantité d'aérogel ne dépend que du volume du récipient.

Par propriétés chimiques l'aérogel a une densité inférieure à celle de l'hydrogène et de l'hélium. Les scientifiques ont confirmé sa haute résistance et sa grande élasticité. Et ce malgré le fait que l'aérogel de graphène absorbe et retient les volumes matière organique près de 900 fois sa masse ! 1 gramme d'aérogel peut littéralement absorber 68,8 grammes de toute substance insoluble dans l'eau en une seconde. C'est incroyable et peut-être que très bientôt tous les bars de poeli.ru et tous les hôtels utiliseront ce matériel à certaines fins pour attirer les visiteurs.

Une autre propriété du nouveau matériau était d'un grand intérêt pour la communauté environnementale : la capacité de l'éponge de graphène à absorber les substances organiques, ce qui contribuera à éliminer les conséquences des accidents d'origine humaine.

Propriété potentielle du graphène comme catalyseur réactions chimiques, est destiné à être utilisé dans les systèmes de stockage et dans la fabrication de matériaux composites complexes.

Impression 3D avec aérogel de graphène

• imprimantes 3D,
• Science populaire *

Cet article est une traduction de « Vous pouvez désormais imprimer en 3D l’un des matériaux les plus légers au monde » du site qz.com, et j’en ai ajouté un peu moi-même.

Aujourd'hui, des scientifiques de l'Université d'État de New York (SUNY) et de l'Université d'État du Kansas ont publié dans la revue Small une méthode d'impression 3D avec un aérogel de graphène. Cette technologie simplifie le moulage de produits à partir de ce matériau et élargit le champ de son application.

Le graphène est une couche d’atomes de carbone d’un atome d’épaisseur. Il a été reçu pour la première fois en 2004. Et a depuis été présenté comme un matériau étonnant pour sa résistance, sa ductilité et sa conductivité. L'aérogel est essentiellement un gel ordinaire dans lequel l'eau est remplacée par de l'air. L'aérogel de graphène est connu pour sa haute compressibilité (il peut donc résister hypertension artérielle sans s'effondrer) et haute conductivité. La structure même du matériau, qui lui confère ces qualités, rend son utilisation difficile en impression 3D. Généralement, pour l’impression 3D sur aérogel, le matériau de base est mélangé à d’autres ingrédients tels qu’un polymère. Après avoir donné la structure, le polymère est retiré processus chimique(solvants, etc.). Cette méthode ne convient pas à la production de produits à partir d'aérogel de graphène car détruira la structure du graphène.

Des scientifiques de SUNY Buffalo et de la Kansas State University ont trouvé une solution à ce problème. Ils ont mélangé de l’oxyde de graphène avec de l’eau et imprimé en 3D ce mélange sur un substrat à une température de -25°C. Ils ont donc gelé chaque couche imprimée en utilisant de la glace comme support.

Une fois le processus d'impression terminé, la glace a été retirée azote liquide- séchage par sublimation. De cette façon, ils ont éliminé l’eau de la structure sans endommager la microstructure. Le matériau a ensuite été chauffé pour éliminer l’atome d’oxygène. En conséquence, seul le graphène est resté dans l’aérogel. La densité du matériau ainsi obtenu variait de 0,5 kg/m3 à 10 kg/m3. La densité de l'aérogel le plus léger obtenu est de 0,16 kg/m3.
Des chercheurs de SUNY et de la Kansas State University travaillent désormais à adapter leur technologie pour imprimer avec d’autres aérogels.

Et enfin, je vais vous parler d'un délicieux domaine intéressant utilisation de l'aérogel.

Nouveau système de cuisson ultra high-tech

Bose a présenté un système de cuisson (vidéo sur le lien) composé d'une plaque à induction avec un lecteur RFID et la possibilité de surveiller et d'alimenter un capteur de température sans fil, ainsi qu'une marmite (poêle à frire) avec une paroi intérieure en conducteur de courant électrique matériau qui est un élément chauffant, une paroi extérieure en matériau non conducteur courant électrique matériau et remplissage d'aérogel entre deux parois. La poêle dispose également d'une étiquette RFID intégrée et d'un capteur de température sans fil alimenté par induction. Ainsi, le résultat est une casserole que vous pouvez tenir par le fond à mains nues pendant que l'eau y bout sans craindre de vous brûler. Le choix de l'aérogel comme isolant thermique est déterminé par un certain nombre d'exigences telles que la capacité à résister températures élevées, légèreté, faible conductivité thermique(pour les aérogels, la conductivité thermique se situe quelque part entre les panneaux sous vide et l'isolation en mousse polyuréthane, plus proche des panneaux). Lorsque la casserole est placée sur la table de cuisson, les aliments/liquides sont chauffés par induction de la paroi intérieure de la casserole. Retour mis en œuvre via un capteur de température, donc au lieu de régler une certaine puissance fournie à l'élément chauffant, le réglage de la température est utilisé surface intérieure casseroles, qui est presque égale à la température des aliments (faible intensité énergétique et conductivité thermique élevée de la couche interne).

P.S. Nous sommes sur le point de réaliser la table « magique » IKEA.

Selon les scientifiques, le matériau qu’ils ont « dérivé » se caractérise par une résistance et une élasticité extrêmement élevées. Il est capable de reprendre rapidement sa forme après compression, d'absorber et de retenir un grand volume de substances qui ne se dissolvent pas dans l'eau - jusqu'à 900 fois son propre poids

Un matériau appelé aérographite, créé l'année dernière, n'a pas réussi à conserver le titre de matériau léger dans le monde. La couronne devait être donnée à un nouvel aérogel fabriqué à partir de graphène, le matériau miracle du XXIe siècle. La densité du matériau ultraléger est inférieure à celle de l’hélium et la moitié de celle de l’hydrogène.

Le nouveau matériau a été développé par un groupe de chercheurs dirigé par le professeur Gao Chao du laboratoire du Département de technologie et de science des polymères de l'Université du Zhejiang (Chine).

Les aérogels, créés à l'origine en 1931 par le scientifique et ingénieur chimiste américain Samuel Stevens Kistler, dernièrement a commencé à recevoir beaucoup d’attention. En 2011, un aérogel à base de multicouche nanotubes de carbone(MCNT), également connu sous le nom de fumée gelée, d'une densité de 4 mg/cm3 a cédé la place au matériau le plus léger au monde avec une structure en micro-réseau, dont la densité est de 0,9 mg/cm3. Plus tard, il a été remplacé par l'aérographite (0,18 mg/cm3), dont le triomphe s'est avéré tout aussi éphémère. Aujourd'hui, le palmier appartient à l'aérogel de graphène. Sa densité est de 0,16 mg/cm3.

Les chercheurs ont déjà de l’expérience dans la création de matériaux macroscopiques à base de graphène, en particulier de fibres unidimensionnelles et de films bidimensionnels à base de graphène. Pour établir le record, il leur suffisait d’ajouter une dimension et d’obtenir un matériau poreux tridimensionnel.

Au lieu de la technologie sol-gel et d'autres méthodes utilisées pour créer des aérogels, Gao a utilisé nouvelle façon séchage, ce qui a permis de créer une éponge de carbone avec une forme personnalisable.

« Il n'est pas nécessaire d'utiliser des gabarits car la taille du matériau dépend directement de la taille du conteneur. Plus le récipient est grand, plus il y a d'aérogel. On peut parler de milliers de centimètres cubes, mais ce n’est pas la limite. »

Selon les scientifiques, le matériau qu’ils ont « dérivé » se caractérise par une résistance et une élasticité extrêmement élevées. Il est capable de reprendre rapidement sa forme après compression, d'absorber et de retenir un grand volume de substances qui ne se dissolvent pas dans l'eau - jusqu'à 900 fois son propre poids. C'est difficile à croire, mais en une seconde, un gramme d'aérogel absorbe jusqu'à 68,8 grammes de matière organique, ce qui le rend attrayant pour une utilisation sur les sites de déversements de pétrole.

« Peut-être qu’un jour cela contribuera à prévenir une catastrophe environnementale. Grâce aux propriétés élastiques du matériau, l'huile et l'aérogel collectés peuvent être recyclés », explique Gao.

Les chercheurs étudient les possibilités d'utilisation du nouveau matériau. Selon eux, l’aérogel de graphène peut être utilisé comme matériau isolant, support de catalyseur ou composite haute performance.

Depuis 2011, les scientifiques ont développé plusieurs matériaux innovants, qui ont à leur tour porté le titre de « matériau le plus léger de la planète ». D’abord un aérogel à base de nanotubes de carbone (4 mg/cm3), puis un matériau à structure micro-réseau (0,9 mg/cm3), puis de l’aérographite (0,18 mg/cm3). Mais aujourd’hui, le matériau le plus léger est l’aérogel de graphène, dont la densité est de 0,16 mg/cm3.

Cette découverte, appartenant à un groupe de scientifiques de l'Université du Zhejiang (Chine) sous la direction du professeur Gao Chao, a fait sensation en science moderne. Le graphène lui-même est un matériau exceptionnellement léger largement utilisé dans la nanotechnologie moderne. Tout d’abord, les scientifiques l’ont utilisé pour créer des fibres de graphène unidimensionnelles, puis des rubans de graphène bidimensionnels. Aujourd’hui, une troisième dimension a été ajoutée au graphène, ce qui a donné naissance à un matériau poreux qui est devenu le matériau le plus léger au monde.

La méthode de production de matériau poreux à partir de graphène est appelée lyophilisation. D'autres aérogels sont préparés de la même manière. L'éponge poreuse de carbone-graphène est capable de répéter presque complètement n'importe quelle forme qui lui est donnée. En d’autres termes, la quantité d’aérogel de graphène produite dépend uniquement du volume du récipient.

Les scientifiques déclarent avec audace des qualités telles qu'une résistance et une élasticité élevées. Dans le même temps, l'aérogel Garfen est capable d'absorber et de retenir des volumes de substances organiques jusqu'à 900 fois plus importants. propre poids! Ainsi, en une seconde, 1 gramme d'aérogel peut absorber 68,8 grammes de toute substance qui ne se dissout pas dans l'eau.

Cette propriété du matériau innovant a immédiatement intéressé les écologistes. Après tout, vous pouvez ainsi éliminer rapidement les conséquences d'accidents d'origine humaine, par exemple en utilisant un aérogel sur les sites de marée noire.

En plus des avantages environnementaux, l'aérogel de graphène présente un énorme potentiel énergétique. Il est notamment prévu de l'utiliser dans les systèmes de stockage. Dans ce cas, l’aérogel peut être un catalyseur de certaines réactions chimiques. De plus, l’aérogel de graphène commence déjà à être utilisé dans des matériaux composites complexes.