Как создать графеновую ткань

Группа инженеров исследователей из частного американского Ренселлеровского политехнического института (Rensselaer Polytechnic Institute) создали новую «ткань» из графена, самого тонкого материала из известных науке, которая повышает водостойкие свойства материалов с шероховатой поверхностью.

Эта «наноткань» толщиной меньше нанометра, химически инертна и способна создавать водозащитный слой на поверхности материала без изменения его свойств. Команда ученых, возглавляемых профессором Никхилом Кораткаром (Nikhil Koratkar), продемонстрировала, как капельки воды катятся по поверхности материала, покрытого слоем графеновой «ткани», встречая гораздо меньшее сопротивление, чем без защитного слоя.

Это открытие может найти применение в микролабораториях с большим количеством проводимых анализов. В устройствах, в которых важно наличие самоочищающихся поверхностей, и во многих других случаях, требующих обеспечения движения капель жидкости на поверхности твердого тела.

Когда капля воды падает на материал, то она выталкивает за счет энергии своего движения небольшое количество воздуха, находящееся на его микрошероховатой поверхности. И в результате прочно прилипает. Покрывая материал «нанотканью» из графена, можно препятствовать плотному прижатию капель к поверхности и выдавливанию воздуха с шероховатой поверхности. Более того, капли воды находящиеся сверху на слое графена, могут легко по нему скользить и скатываться с него.

«Наноткань», после нанесения на участок в несколько дюймов, можно обнаружить только с помощью мощного микроскопа. Кораткар совместно со своими коллегами из исследовательской группы смачивал каплями воды поверхность наностержней из меди, некоторые из которых были покрыты графитовой «нанотканью».

В своих опытах исследователи использовали высокоскоростные камеры для наблюдения и измерения формы капли, и всего процесса взаимодействия, определялись углы, под которыми жидкость соединялась с поверхностью материала.

Результаты исследований проведенных Кораткаром и его коллегами были опубликованы в начале этого года в журнале «ACS Nano» в статье «Graphene Drape Minimizes the Pinning and Hysteresis of Water Drops on Nanotextured Rough Surfaces».

Открыт способ массового производства графеновой ткани

Экология потребления. Наука и техника: Основой для умных тканей может стать графен, но до сих пор отсутствовала технология промышленного производства графенового текстиля. Ученые из Университета Манчестера смогли разработать решение этой проблемы.

Рынок умной ткани с внедренной в нее электроникой, по прогнозам, достигнет через 10 лет $5 млрд. Основой для умных тканей может стать графен, но до сих пор отсутствовала технология промышленного производства графенового текстиля. Ученые из Университета Манчестера смогли разработать решение этой проблемы.

Подписывайтесь на наш аккаунт в INSTAGRAM

Ранее текстиль покрывали оксидом графена, а затем восстанавливали его до функциональной формы. Исследователи изменили технологию: вначале они восстановили графен в растворе, и только после этого покрыли им ткань. Этот процесс называется грунтовкой и сегодня все чаще используется для нанесения слоев функциональных веществ на текстиль. Например, так производится водоотталкивающая одежда.

Как показали эксперименты с готовой тканью, восстановленный оксид графена обволакивает отдельные хлопковые волокна, что гарантирует хорошую электропроводность, прочность на растяжение, воздухопроницаемость, гибкость и удобство при ношении. Стирка не влияет на свойства графеновой ткани. Свойства такого текстиля позволят использовать его различными способами, например, для создания одежды со встроенными в нее датчиками физической активности или нагревательными элементами.

Новая технология может обеспечить производство графеновых тканей со скоростью до 150 метров в минуту. По словам авторов работы, этот метод можно применять для создания спортивной формы, военной экипировки и медицинской одежды. В своих следующих работах исследователи изучат другие двухмерные материалы и то, как их можно приспособить для производства одежды. Также они будут работать над коммерциализацией своих технологий.

Замечательные свойства графена могут стать основой для создания бронежилетов. Как показало исследование специалистов из Университета города Нью-Йорк, два слоя графена, расположенные определенным образом друг относительно друга, при ударе приобретают прочность алмаза и могут остановить пулю. опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Открыт способ массового производства графеновой ткани

Рынок умной ткани с внедренной в нее электроникой, по прогнозам, достигнет через 10 лет $5 млрд. Основой для умных тканей может стать графен, но до сих пор отсутствовала технология промышленного производства графенового текстиля. Ученые из Университета Манчестера, о работе которых рассказывает Phys.org, смогли разработать решение этой проблемы.

Читайте также: Коэффициент линейного расширения ткани

Читайте «Хайтек» в

Создан квантовый процессор из обычных полупроводников

Изобретены «невиданные по надежности» трансформаторы

Метод создания графеновой ткани адаптировали для массового производства

Волокна хлопковой ткани, покрытые частицами из восстановленного оксида графена

Nazmul Karim et al. / ACS Nano, 2017

Ученые разработали метод создания электропроводных тканей с восстановленным оксидом графена, пригодный для массового производства. Предполагается, что технология позволит производить около 150 метров ткани в минуту, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале ACS Nano.

Ученые уже много лет пытаются создавать устройства и материалы на основе графена. Но, как правило, они получаются дорогими и слабо приспособленными к реальному применению из-за того, что для их производства применяются сложные многоступенчатые методы.

Исследователи под руководством нобелевского лауреата Константина Новоселова научились создавать электропроводные ткани с восстановленным оксидом графена простым и масштабируемым методом. Для начала с помощью часто применяемого метода Хаммерса создается оксид графена. Затем он восстанавливается под действием дитионита натрия до восстановленного оксида графена, который имеет аналогичную графену структуру, но отличатся от него наличием дефектов и невосстановленных участков.

Поскольку обычно восстановленный оксид графена из-за своей гидрофобности в водных растворах стремится к агрегации в большие частицы, ученые стабилизировали его, присоединив полистеренсульфонат. В результате авторы получили коллоидный раствор плоских частиц восстановленного оксида графена со средней толщиной 2,2 нанометра и шириной 4,86 микрометров.

Простой способ получения высококачественного графена: две секунды в микроволновой печи

Волокна графена под сканирующим электронным микроскопом. Чистый графен восстановлен из оксида графена (GO) в микроволновой печи. Масштаб 40 мкм (слева) и 10 мкм (справа). Фото: Jieun Yang, Damien Voiry, Jacob Kupferberg / Rutgers University

Графен — 2D-модификация углерода, образованная слоем толщиной в один атом углерода. Материал обладает высокой прочностью, высокой теплопроводностью и уникальными физико-химическими свойствами. Он демонстрирует максимальную подвижность электронов среди всех известных материалов на Земле. Это делает графен практически идеальным материалом в самых различных приложениях, в том числе в электронике, катализаторах, элементах питания, композитных материалах и т.д. Дело за малым — научиться получать качественные слои графена в промышленных масштабах.

Химики из Ратгерского университета (США) нашли простой и быстрый метод производства высококачественного графена путём обработки оксида графена в обычной микроволновой печи. Метод на удивление примитивный и эффективный.

Оксид графита — соединение углерода, водорода и кислорода в различных соотношениях, которое образуется при обработке графита сильными окислителями. Чтобы избавиться от оставшегося кислорода в оксиде графита, а затем получить чистый графен в двумерных листах, нужно приложить значительные усилия.

Оксид графита смешивают с сильными щелочами и ещё дальше восстанавливают материал. В результате получаются мономолекулярные листы с остатками кислорода. Эти листы принято называть оксидом графена (GO). Химики испробовали разные способы удаления лишнего кислорода из GO (1, 2, 3, 4), но восстановленный такими способами GO (rGO) остаётся сильно неупорядоченным материалом, который далёк по своим свойствам от настоящего чистого графена, полученного методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ или CVD).

Читайте также: Сколько нужно ткани для пошива наволочки

Даже в неупорядоченной форме rGO потенциально может быть полезен для энергоносителей (1, 2, 3, 4, 5) и катализаторов (1, 2, 3, 4), но для извлечения максимальной выгоды от уникальных свойств графена в электронике нужно научиться получать чистый качественный графен из GO.

Химики из Ратгерского университета предлагают простой и быстрый способ восстановления GO до чистого графена, используя 1-2-секундные импульсы микроволнового излучения. Как видно на графиках, графен, полученный «микроволновым восстановлением» (MW-rGO) по своим свойствам намного ближе к чистейшему графену, полученному с помощью ХОГФ.

Физические характеристики MW-rGO, по сравнению с нетронутым оксидом графена GO, восстановленным оксидом графена rGO и графеном, полученным методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Показаны типичные хлопья GO, осаждённые на кремниевую подложку (А); рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (B); рамановская спектроскопия © и соотношение размера кристаллов (L_a) к отношению пиков l_2D/l_G в рамановском спектре для MW-rGO, GO и ХОГФ (CVD). Иллюстрации: Rutgers University

Электронные и электрокаталитические свойства MW-rGO, по сравнению с rGO. Иллюстрации: Rutgers University

Техпроцесс получения MW-rGO состоит из нескольких этапов.

Окисление графита модифицированным методом Хаммерса и растворение его до однослойных хлопьев оксида графена в воде.
Отжиг GO, чтобы материал стал более восприимчив к микроволновому облучению.
Облучение хлопьев GO в обычной микроволновой печи мощностью 1000 Вт на 1-2 секунды. Во время этой процедуры GO быстро нагревается до высокой температуры, происходит десорбция кислородных групп и великолепная структуризация углеродной решётки.

Съёмка просвечивающим электронным микроскопом показывает, что после обработки СВЧ-излучателем образуется высокоупорядоченная структура, в которой кислородные функциональные группы практически полностью уничтожены.

На изображениях с просвечивающего электронного микроскопа показана структура листов графена со шкалой 1 нм. Слева — однослойный rGO, на котором много дефектов, в том числе функциональные группы кислорода (синяя стрелка) и дыры в углеродном слое (красная стрелка). По центру и справа — отлично структурированный двуслойный и трёхслойный MW-rGO. Фото: Rutgers University

Великолепные структурные свойства MW-rGO при использовании в полевых транзисторах позволяют увеличить максимальную подвижность электронов примерно до 1500 см 2 /В·с, что сравнимо с выдающимися характеристиками современных транзисторов с высокой подвижностью электронов.

Кроме электроники, MW-rGO пригодится в производстве катализаторов: он показал исключительно маленькое значение коэффициента Тафеля при использовании в качестве катализатора при реакции выделения кислорода: примерно 38 мВ на декаду. Катализатор на MW-rGO также сохранил стабильность в реакции выделения водорода, которая продолжалась более 100 часов.

Всё это предполагает отличный потенциал для использования восстановленного в микроволновом излучении графена в промышленности.

Как графен изменит модную индустрию и повседневную жизнь

Открытый российскими учеными чудо-материал приблизил начало эпохи умной одежды

Фоторедактор: Нина Расюк
Фото: cutecircuit.com

Манчестер — не самое привлекательное место на мировой карте моды. Однако в начале года здесь произошло уникальное событие — хай-тек-дизайнеры из CuteCircuit представили первое в мире платье, разработанное с использованием графена. Этот сверхлегкий и одновременно сверхпрочный двумерный чудо-материал, если верить прогнозам ученых и инженеров, кардинальным образом изменит целый ряд привычных нам индустрий, и мир моды здесь отнюдь не исключение.

Платье из графена неслучайно презентовали в Манчестере — именно в этом городе, который в свое время благодаря текстильной промышленности дал толчок мировой индустриализации, в 2005 году российские ученые Константин Новоселов и Андрей Гейм смогли получить из графита — трехмерного материала, используемого, например, в карандашах, — двумерный кристалл толщиной всего в один атом. Графен — это такая плоская сетка, состоящая из образующих шестиугольники атомов, которая обладает совершенно уникальными свойствами: графен невероятно легок и гибок, может похвастаться высокой электропроводностью и высочайшей теплопроводностью среди всех известных материалов и, несмотря на толщину в один атом, в 200 раз прочнее стали. Благодаря этим революционным характеристикам сегодня графен стал объектом пристального внимания со стороны крупных игроков: Китая, США, Великобритании, а также больших корпораций. Манчестер же получил неформальный титул «город графена». Что же касается Гейма и Новоселова, то в 2010 году их исследования удостоились вполне заслуженной Нобелевской премии по физике.

Представленное в Манчестере коктейльное платье — результат кропотливой работы лондонских дизайнеров CuteCircuit, чьи инновационные продукты с использованием микроэлектроники и умных тканей были по достоинству оценены, например, Кэти Перри. Благодаря своей внушительной электропроводности графен в данном случае используется в качестве сенсора, который улавливает частоту дыхания человека, а также в качестве проводника энергии для встроенных в платье светодиодов, меняющих окраску в зависимости от того, как дышит обладательница этого платья. С одной стороны, этот эксперимент несет в себе чисто эстетическую ценность: в конце концов, подсветка в зависимости от частоты дыхания — не самая необходимая вещь даже в одежде для выхода в свет. С другой стороны, в CuteCircuit таким образом продемонстрировали потенциал использования графена и создали важный инфоповод, позволивший обратить внимание на то, куда в будущем может двинуться индустрия.

Читайте также: Краткое описание ткани батист

В чем же, собственно, заключается этот потенциал? Есть два ключевых момента: с одной стороны, более успешная, чем сегодня, интеграция в одежду новых носимых электронных устройств, которые станут органичной и незаметной частью гардероба; с другой стороны, использование графена в самих тканях и их кардинальный апгрейд. Как говорит директор центра фотоники и двухмерных материалов МФТИ Алексей Арсенин, «в настоящее время с использованием графена разрабатываются различные устройства, включая гибкие экраны, гибкие источники питания, камеры и сенсоры. Ожидается, что в будущем носимая электроника станет достаточно распространенной (в том числе и благодаря графену) и различные электронные устройства будут встроены в одежду: мобильные гаджеты, мониторы здоровья, гибкие экраны и многие другие». Так, в Центре графена в Кембриджском университете недавно был изобретен метод нанесения графена — если быть точным, так называемых графеновых чернил — на обычный хлопок, который таким образом становится электропроводным и хорошо подходит для использования в одежде носимых девайсов и сенсоров, которые будут замерять показатели здоровья (например, пульс) и окружающей среды. Во время тестов ученые создали специальный носимый сенсор, который показал, что экспериментальный материал может отслеживать до 500 циклов движений даже после десяти стирок в обычной стиральной машине, куда сегодняшнюю носимую электронику никто не засунет. Такие пробные эксперименты — уже большой шаг вперед в деле превращения простой одежды в умную.

Не менее важен и ряд других черт графена. По словам Алексея Арсенина, «добавление незначительного количества графена позволяет, не меняя эстетику ткани, придать материалу новые свойства: антистатичность или гидрофобность, когда ткань становится непромокаемой». В таком случае можно перестать фантазировать о режиме сушки, как на куртке Марти Макфлая из несбывшегося 2015 года. Теплопроводность графена тоже не осталась без внимания. Так, производители продуктов из графена Directa Plus совместно с маркой спортивной одежды Colmar запустила новую линию курток, в которых графен используется как фильтр между телом и окружающей средой для максимального сохранения и равномерного распределения тепла во время занятий спортом в холодную погоду.

Отдельного упоминания заслуживают антибактериальные свойства графена, о которых споры не утихают и вряд ли скоро утихнут. Так, например, Graphene Info в своей заметке о китайской компании Shanghai Kyorene New Material Technology подчеркивает, что их графеновые ткани защищают от бактерий и ультрафиолета. Вместе с тем в ученом сообществе пока нет консенсуса насчет того, насколько вообще графен и графеновые материалы вредны для человека. Проводившиеся к настоящему моменту тесты пока указывают скорее на безопасность сказочного двумерного материала, однако, по словам Арсенина, потребуется еще время, чтобы полностью удостовериться, является ли этот материал безопасным и может ли он вызывать у людей аллергию.

О графене вряд ли стоит говорить как об очередной подрывающей привычные индустрии технологии, как любят рассуждать о блокчейне и прочих участниках так называемого цикла хайпа. Потенциал этого материала слишком широк: графен, скорее всего, через несколько лет будет использоваться при производстве компьютерных чипов, батарей, фюзеляжей самолетов, контактных линз и чего только не. Для выхода же на массовый рынок одежды графену, скорее всего, потребуется не меньше декады. А пока что интереснее всего наблюдать за экспериментами: недавно, например, китайские ученые накормили графеном шелкопрядов и получили «графеновую» шелковую нить — прочную и хорошо проводящую электричество. Будущее и правда рядом, только смотреть надо не только и не столько на Илона Маска с его мегаломанией, сколько на тихую графеновую революцию, совершающуюся на наших глазах.

Присоединяйся офлайн к аудиовизуальной инсталляции «Портрет поколения» по случаю 10-летия BURO. — получи иммерсивный опыт.

Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом