Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Получение и исследование ткани из окисленных графеновых слоев
Одно из достижений последнего времени в области двумерных углеродных структур связано с открытием возможности выделения графенов, представляющих собой отдельные слои графита. Помимо фундаментального интереса к этому новому объекту, многими исследователями высказываются надежды на перспективы его практического использования. В первую очередь это связано с сочетанием высокой механической прочности с необычными электронными характеристиками.
Для реализации этих перспектив необходимо обеспечить химическую стабильность графенов, обладающих высокой химической активностью из-за большого количества некомпенсированных связей по границе графитового слоя. Один из способов повышения стабильности состоит в частичном окислении графенов, т.е. в присоединении к граничным атомам углерода атомов кислорода. Недавно группе исследователей из университета Иллинойс (США) удалось не только выделить окисленные графены, но и получить из них бумагоподобные листы толщиной свыше 5 мкм. Окисление графенов, поперечные размеры которых составляют порядка 1 мкм, производили в результате ультразвуковой обработки 20 мг водной суспензии при концентрации 3 мг/мл. Полученный коллоидный раствор пропускали через мембранный фильтр диаметром 47 мм и с размером пор 0,2 мкм. Образцы полученного таким образом бумагоподобного материала разрезали с помощью лезвия бритвы на прямоугольные полоски размером 5х30 мм для дальнейшего исследования. Исследования, выполненные методом рентгеновской дифрактометрии, показали, что расстояние между графеновыми слоями в бумагоподобном материале составляет около 0,83 нм.
Результаты механических испытаний материала указывают на его повышенные прочностные характеристики. Так, величина удельной энергии растяжения, приводящего к разрушению материала, достигает 350 кДж/м3, что примерно на порядок превышает соответствующую величину для графитовой ленты и бумагоподобных слоев из углеродных нанотрубок. Модуль растяжения бумагоподобного слоя из окисленных графенов составил в среднем величину 32 ГПа, что также значительно превышает соответствующий показатель для макроскопических материалов и углеродных нанотрубок. Механические испытания показали, что исследуемый материал проявляет способность к повышению примерно на 20% модуля упругости при каждом нагрузочно-разгрузочном цикле. Такое поведение типично для полимеров, состоящих их продольных структурных образований, и, связано с выстраиванием графеновых слоев в направлении приложения нагрузки.
Подобно обычной бумаге, бумагоподобный графеновый материал повышает свои механические характеристики в после удаления воды. Так, в результате термической обработки при температуре до 120о С, приведшей к удалению остатков воды, модуль упругости материала возрос примерно в полтора раза.
Отмечается возможность использования нового материала, синтезированного на основе окисленных графенов, в качестве мембран с регулируемой проницаемостью, анизотропных ионных проводников, суперконденсаторов, а также материалов для хранения различных веществ. Наряду с этим, имеются перспективы его использования в качестве присадки для повышения прочностных качеств полимеров и композитных материалов.
