Naukowcy z Rice University opracowali materiał epoksydowy, który nie tylko jest przewodzący, dzięki czemu może być wykorzystany w elektronice, ale również ma dużo wyższą wytrzymałość niż czysty epoksyd. Jego sekretem jest rusztowanie z grafenu.
Fot. arch. Rice MSNE
Badacze połączyli żywicę epoksydową z „ultrasztywną” pianą grafenową, opracowaną w laboratoriach Rice przez chemika Jamesa Toura. Powstały materiał jest twardszy niż czysty epoksyd i ma dużo większą przewodność niż dostępne kompozyty, a równocześnie – niską gęstość.
Problemy z epoksydami
Na czym polega problem z epoksydami? Same w sobie są izolatorami, dlatego w przypadku zastosowania na przykład w elektronice, nadaje się im przewodność poprzez dodatek wypełniaczy metalicznych albo węglowych. Jednocześnie jednak dodatki te zwiększają ciężar materiału oraz niekorzystnie wpływają na wytrzymałość na ściskanie. Powstały kompozyt jest również trudniejszy w obróbce.
Naukowcy z Rice zamiast proszków metalicznych lub węglowych zaproponowali trójwymiarową pianę wykonaną z nanowarstw grafenu. W ramach badań żywica epoksydowa była wstrzykiwana do różnych rusztowań na bazie grafenu, różnymi technikami. O szczegółach przeczytać można w magazynie American Chemical Society, „ACS Nano”. Jak wyjaśnia Tour:
Piana grafenowa to integralna, wielowarstwowa struktura. W gruncie rzeczy tworzy ona jedną wielką molekułę. Kiedy żywica epoksydowa przeniknie rusztowanie i ulegnie utwardzeniu, każdy nacisk w jednym miejscu spowoduje, że naprężenie rozłoży się na wiele punktów dzięki grafenowemu rusztowaniu. To znacznie usztywnia całą strukturę.
Fot. arch. Rice MSNE
O 1732% większa sztywność
Dodatkowo naukowcy wzmocnili materiał, dodając do piany wielowarstwowe nanorurki węglowe, które zadziałały jako dodatkowe zbrojenie. Uzyskany w efekcie kompozyt był o 1732% sztywniejszy niż czysta żywica epoksydowa i miał prawie 3x większą przewodność (ok. 41 S/cm) – dużo większą niż jakikolwiek kompozyt epoksydowy na bazie rusztowania dostępny dotychczas.
Twórcy zamierzają przystosować technologię do warunków przemysłowych. Zdaniem Toura uzyskany materiał może zastąpić obecne rozwiązania w wielu różnych zastosowaniach, od elementów samolotów po rakiety tenisowe.
Źródło: Rice MSNE
