Lehký jako vzduch, tvrdý jako kámen. Tento materiál způsobí revoluci ve strojírenství

Výzkumný tým vedený německou Univerzitou v Kielu (CAU) použil aerogel k vývoji nové metody generování řízených elektrických výbuchů. To by mohlo pomoci vyvinout mimořádně účinná čerpadla, kompresory a vzduchové filtry, píše se na webu univerzity.

Aerografen se skládá z jemně strukturované sítě kanálků na bázi grafenu s četnými dutinami. Díky tomu je mimořádně stabilní, vodivý a téměř lehký jako vzduch. Teoreticky by 450 gramů tohoto materiálu stačilo k udržení slona.

Týmu vědců se podařilo opakovaně zahřát a ochladit airbrush a vzduch v něm obsažený na velmi vysoké teploty ve velmi krátkém čase. Toto řešení by mohlo pomoci vytvořit mimořádně účinná miniaturní čerpadla, kompresory nebo vzduchové filtry. Článek popisující jejich práci je hlavním článkem v aktuálním vydání renomovaného vědeckého časopisu Materials Today.

„Když jsme tyto materiály poprvé představili, jednalo se o dosud nejlehčí třídu materiálů na světě s hustotou pouhých 0,2 miligramu na centimetr krychlový. Protože jde prakticky o vzduch, nazvali jsme je aeromateriály,“ řekl Rainer Adelung, profesor zabývající se výzkumem funkčních nanomateriálů na Kielské univerzitě.

Nové poznatky umožňují pochopit, jak se aeromateriály mohou dostat od základního výzkumu k aplikacím. Materiáloví vědci v Kielu si všimli dalších vlastností, které umožňují inovace v pneumatické technice, robotice nebo technologii vzduchových filtrů.

• 

„Při našich experimentech jsme zjistili, že aeromateriály z grafenu a dalších vodivých nanomateriálů lze díky jejich nízké hustotě elektricky zahřát extrémně rychle, až na několik set stupňů za milisekundu,“ vysvětluje Dr. Fabian Schütt z CAU.

Vědci použili aerogel, který se skládá z několika vrstev atomů uhlíku a 99,9 % vzduchu. Při zahřívání se velmi rychle zvyšuje i teplota vzduchu uvnitř materiálu. V případě expresního ohřevu se objem zvětší a dojde k „explozi“.

„To znamená, že jsme nyní schopni použít aerogel k iniciaci malých řízených a reprodukovatelných výbuchů, které nevyžadují chemickou reakci,“ Schütt shrnuje svá zjištění.
Je to proto, že aerografen se ochlazuje téměř stejně rychle, jako se zahřívá, jakmile se vypne napájení. „Kvůli své velmi nízké tepelné kapacitě není schopen akumulovat teplo. Díky své mřížkové struktuře ji velmi rychle vrací zpět do obsaženého vzduchu.“ – Schütt pokračuje.

Rychlé zahřívání a ochlazování materiálu umožňuje vědcům spustit několik výbuchů za sekundu, jeden po druhém. „Tímto způsobem získáváme extrémně účinný stlačený vzduch pouhým stisknutím tlačítka, aniž bychom potřebovali kompresory nebo dodávky plynu,“ vysvětluje Adelung.

Výzkumníci chtějí tento efekt využít k vývoji nových čerpadel, která lze speciálně regulovat, a také vysoce výkonných aktuátorů v miniaturním formátu.

Jako jeden z příkladů možných aplikací lze uvést, že výzkumná skupina společnosti Adelung v současné době vyvíjí nové materiály a systémy vzduchových filtrů na bázi aerografenu ve spolupráci s německým dodavatelem letecké techniky, společností Lufthansa Technik. Projekt je financován z programu Graphene Flagship a v budoucnu by mohl být využit při výrobě letadel.

Zdroj: uni-kiel.de