Descubierto por un grupo de científicos alemanes, que aseguran su ductilidad, capacidad para conducir electricidad, resistencia a la acción del agua y niveles de compresión alta, entre otras cualidades.
El material es una matriz de tubos huecos de carbono que se cultivan en escalas nano y micro.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Hamburgo y la Universidad de Kiel encuentran el material más ligero del planeta: la aerografita.
El material es una matriz de tubos huecos de carbono que se cultivan en escalas nano y micro. El material es principalmente -de hecho su composición es de 99.9% de aire- con un peso de 0.2 miligramos por centímetro cúbico.
“Buscábamos estructuras tridimensionales de carbono al instante de hacer el hallazgo”, puntualizó Karl Schulte, del Instituto de Materiales Compuestos de Hamburgo.
Es 5.000 veces menos denso que el agua y 6 veces más ligero que el propio aire.
Su composición se basa en una malla de tubos de carbono, cada uno de los cuales mide unos 15 nanómetros de diámetro, que se relacionan y entretejen a niveles de micro-escala. En cuanto a sus propiedades, ha demostrado ser capaz de conducir electricidad, es dúctil, de color negro azabache, impermeable y puede soportar niveles de compresión alta así como fuertes cargas de tracción.
De hecho, en las pruebas realizadas por los investigadores se ha comprimido a una trigésima parte de su tamaño original, obteniendo a la vez que se encogía mayor resistencia y conductividad. A posteriori puede recuperar su forma primigenia, sin observarse ningún daño en su estructura. También ha demostrado cargar hasta 40.000 veces su propio peso.
“Piensa en el aerografito como una hiedra que se enrolla alrededor de un árbol. Y luego quita el árbol” de la ecuación, dice Rainer Adelung, profesor de la Universidad de Kiel. Los árboles en este caso serían cristales de óxido de zinc con forma de tabas de cuatro lados. Estos cristales se colocan en un horno y son recubiertos con una capa de carbono mediante deposición de vapor químico y, al mismo tiempo, se añade gas hidrógeno para que capture el oxígeno procedente del óxido de zinc. Como resultado, los restos de zinc se acumulan en el fondo del horno, dejando sólo el esqueleto exterior de carbono: la aerografita.
¿Y sus usos? Se habla de tres posibles direcciones: la construcción de baterías más ligeras, el desarrollo de “wearable computing” y la filtración, todo ello gracias a su poco peso y su área superficial relativamente grande.
Artículo original "Aerographite: Ultra Lightweight, Flexible Nanowall, Carbon Microtube Material with Outstanding Mechanical Performance"Matthias Mecklenburg1, Arnim Schuchardt2, y otros.
Article first published online: 12 JUN 2012
DOI: 10.1002/adma.201200491
Aerographites are ultralow density solids that resemble classical aerogels in many regards (in fact, by some definitions, aerographites are aerogels, simply produced by an unconventional process). At their essence they are frameworks with hollow struts made of graphite deposited through chemical vapor deposition onto a template that disappears as the material is made.
Materials
- Zinc metal powder with a grain size of 1–5 μm
- Poly(vinyl butyral)
- High-temperature air furnace with minimum upper temperature of 1200°C
- High-temperature ceramic rings to serve as molds
- Multizone (two zones or greater) split-hinge (“clamshell”) tube furnace
- Quartz processing tube (this recipe used a tube with length = 1300 mm diameter = 110 mm, dependent on tube furnace size)
- A liquid feedstock injector for CVD furnaces (e.g., syringe pump attached to a injector nozzle)
Template Preparation
First, a template made from zinc oxide (ZnO) is prepared. This will serve as the “evaporating template” upon which the aerographite will be formed.
- Mix zinc (metal) powder with a grain size 1–5 μm is mixed with poly(vinyl butyral) powder in a mass ratio of 1 to 2.
- Heat the zinc powder/poly(vinyl butyral) mixture in a furnace (in air) to a temperature of 900 °C at a rate of 60 °C min−1 and hold for 30 min. This should produce a loose powder of ZnO tetrapods. Further synthesis methods and established recipes for the fabrication of ZnO structures can be found in Ozgur, et al. “A Comprehensive Review of ZnO Materials and Devices”, Journal of Applied Physics, 2005, 98, 041301, http://dx.doi.org/10.1063/1.1992666.
- Compress the ZnO tetrapod powder to a density ranging from 0.15 g cm−3 to 0.8 g m−3.
- Reheat the ZnO pellet for 3 to 4 h at 1200 °C in a ceramic rings (e.g., a ring with height = 10 mm and diameter = 15 mm) to fuse the tetrapods in the powder together.
Chemical Vapor Deposition of Aerographite Form
Chemical vapor deposition is next used to deposit the aerographite form over the template made in the previous section. These details describe formation of a “basic” aerographite configuration, i.e., a hollow material with closed graphitic shells.
- Place the ZnO template into the second zone (the “processing zone”) of the multizone clamshell tube furnace.
- Heat the first zone of the furnace to 200 °C–this is the “injection zone”.
- Heat the second the zone of the furnace to 760 °C.
- Introduce a flow of 20 sccm (0.02 L min−1) of argon at atmospheric pressure.
- Begin injection of toluene at a rate of 5.5 mL h−1.
- Increase the flow of argon to 200 sccm and introduce a flow of 20 sccm hydrogen.
- Discontinue injection of the toluene.
- Turn off the flow of argon and increase the hydrogen to 600 sccm.
- Wait 45 min.
- Reintroduce a flow of 200 sccm argon and decrease the hydrogen to 20 sccm.
- Continue injection of the toluene.
- Wait 120 min.
- Discontinue injection of the toluene, turn off the flow of argon, and increase the flow of hydrogen to 600 sccm.
- Wait 20 min.
- Introduce a flow of 600 sccm argon and turn the hydrogen off. Turn the furnace off and wait for it to cool below 200 °C before removing samples.
Variables You Can Play With
For ultralow density hollow framework aerographite, use:
- A toluene injection rate of 2 mL h−1 with 200 sccm Ar and 60 sccm H2 at 760°C
- A 1-h post-treatment with no toluene injection under 90 sccm H2 at 800 °C
Obtenido en
aerographite
