Чем хорош гофрированный графен

ЧЕМ ХОРОШ ГОФРИРОВАННЫЙ ГРАФЕН

 Если удастся создать массовый метод производства таких материалов, экспериментальные графеновые накопители энергии и нанокомпозиты получат сильный толчок вперёд.
Графен представляет собой вид углеродного материала из одного монослоя атомов углерода, расположенных в двумерной гексагональной решетке. Он был открыт и успешно исследован всего несколько лет назад. 
Пекка Коскинен (Pekka Koskinen) из Ювяскюльского университета (Финляндия) предложил новый вид наноструктур — гофрированный графеновый «картон». По сути, это графеновые листы, уложенные в волнообразную поверхность, — эдакий гофрированный графен.
Чтобы структура не деформировалась, предлагается с двух сторон защищать её обычными плоскими листами материала.

Графеновый композит нового типа будет состоять из волнообразного среднего и двух плоских внешних слоёв. (Здесь и ниже иллюстрации Pekka Koskinen.)

Фиг. 1. Графен картон. (А) Схематическое изображение рифленая графена мембраны, зажатой между двумя или более слоев графена и спаянный электронного облучения. (Б) Основная геометрия рябь длины λ и амплитудой А , крепится с ограничениями расстояний до выше и ниже слоев.

Недавно экспериментально было показано, что на графеновых листах при определённых условиях естественным образом возникают складки вроде тех, что можно наблюдать на тонкой ткани. По мнению финского материаловеда, такие складки можно зафиксировать, связав сложенные листы между собой и с плоскими графеновыми «стенками» с помощью ковалентных связей, вносимых в материал облучением или химической функционализацией. Попробовав смоделировать возможные свойства такого гофро-графена, г-н Коскинен пришёл к выводу, что в зависимости от периодичности волн и их размеров все качества нового материала, включая механические, могут быть заметно изменены управляемым образом. В частности, увеличивая нагрузку, изгибающую модифицируемый графеновый лист, можно сделать волны как плоскими, так и волнооборазными или даже грибовидными и сплющенными. В результате эти четыре «фазы» графеновой оболочки будут иметь разную прочность и неодинаковую функциональность в составе электродов аккумуляторов различных типов или конденсаторных пластин. И благодаря большей, чем у обычного (плоского) графена, площади поверхности гофро-графен, работающий в таких устройствах, скорее всего, будет обладать куда более высокими показателями.

Фазовая диаграмма гофро-графена. В зависимости от усилия, прилагаемого к деформируемому материалу, волны, образующиеся на его поверхности, будут иметь разную форму.

Фиг. 2. Сравнение полной энергии от ДПФ (кругов) и упругой модели (кривая). На врезках наложенные пульсации профили из ДПФ (кружки) и от упругой модели (кривые). Минимумы энергии устанавливаются в ноль.

Фиг. 4. Упругие параметры гофро-графена . (А) модуль Юнга ( Y г ) и модули сдвига ( G х и G у ) для различных ε х . Сравнение производится с модуля Юнга для пучка однослойных углеродных нанотрубок с диаметром ( D  = λ). (Б) коэффициент Пуассона σ XZ  =-Δ / δλ накладывается для всех ε х (прозрачные круги с размером, пропорциональным λ). Линия представляет собой аналитический оценка уравнение. (2) .

Прикладывая разные усилия при формировании «гофро-графена», можно получить конечный продукт разной степени эластичности. Причём различия между наименее и наиболее эластичными типами такого «нанокартона» будут примерно десятикратными, утверждает исследователь. Среди других экзотических свойств смоделированного материала выделяется возможность реализации у него отрицательного значения коэффициента Пуассона. То есть при приложении к нему нагрузки материал, вероятно, будет становиться толще в направлении, перпендикулярном усилию, как если бы он был полимером из ауксетиков. Материалы такого типа имеют особые механические свойства: легко поглощают большие количества механической энергии и эффективно сопротивляются разрушению. Создание обладающего такими качествами нанокомпозита на графеновой основе открыло бы новую страницу в целом ряде практических приложений.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Applied Physics Letters.

Подготовлено по материалам Phys.Org.

Источник: compulenta.com
Примечание: Рекомендуется ознакомится с информацией от автора сайта Гофрированная оболочка Увакина
Конструкция корпуса (палубы) судна

Чем хорош гофрированный графен: 1 комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.