p (Phys.org) - Como vestir uma capa de Superman, Os aerogéis de nanotubos de carbono (CNT) frágeis que são cobertos por um revestimento de grafeno podem ser transformados de um material que se desmorona facilmente sob compressão em um que pode resistir a grandes quantidades de compressão e recuperar completamente sua forma original após a remoção da carga. A superelasticidade e a resistência à fadiga fornecidas pelo revestimento de grafeno podem tornar os aerogéis de CNT úteis em uma variedade de áreas, incluindo como eletrodos, músculos artificiais, e outras estruturas mecânicas. p Os pesquisadores, Kyu Hun Kim, Youngseok Oh, e Mohammad F. Islam na Carnegie Mellon University em Pittsburgh, Pensilvânia, publicaram seu artigo sobre os benefícios mecânicos de um revestimento de grafeno em aerogéis CNT em uma edição recente da Nature Nanotechnology .

p "Demonstramos a transformação de uma rede de nanotubos de frágil para superelástica simplesmente por meio de‘ nanocorrosão, '"Islam disse Phys.org . "Tipicamente, o revestimento adiciona resistência à corrosão, lubrificação, estética, alteração da química da superfície, vedação, etc, mas não mudança de propriedade mecânica. "

p Enquanto um gel normal consiste principalmente de material líquido com uma rede reticulada que lhe dá sua estrutura de tipo sólido, um aerogel é criado substituindo o material líquido em um gel por um gás. Os pesquisadores fazem isso secando o gel original em uma temperatura crítica. O aerogel resultante é um material leve feito de 99,9% de ar por volume, ainda um que também está seco, rígido, e forte como um sólido.

p No estudo atual, os pesquisadores trabalharam com aerogéis CNT, que (além do ar) são feitos de nanotubos dispersos com cerca de 1 micrômetro de comprimento. Os aerogéis de CNT mantêm sua forma devido às interações moleculares nos nós, os pontos onde os nanotubos se cruzam. Contudo, quando esses aerogéis são comprimidos em até 90% de seu tamanho original, eles entram em colapso ou ficam permanentemente deformados, limitar aplicações potenciais.

p Para superar esse problema de inelasticidade, os pesquisadores demonstraram que uma a cinco camadas de revestimento de grafeno permite que um aerogel CNT resista a mais de 1 milhão de ciclos de compressão e retorne à sua forma original após a liberação da compressão. A capacidade de resistir a essa compressão transforma os aerogéis em materiais superelásticos, enquanto, ao mesmo tempo, permite que eles mantenham suas outras propriedades, como porosidade e condutividade.

p Os pesquisadores acham que o revestimento de grafeno transmite essa superelasticidade ao aerogel, fortalecendo os nós e suportes do aerogel, ambos apoiam a estrutura de rede do aerogel. Em aerogéis não revestidos, os suportes podem dobrar e girar livremente sobre os nós quando comprimidos, o que aumenta a área de contato entre os nanotubos e forma novos nós. Quando a carga é removida, os novos nós permanecem, pois mais força é necessária para remover os nós do que para formá-los.

p Em contraste, os suportes mais fortes em aerogéis revestidos de grafeno não podem girar facilmente em torno dos nós quando comprimidos. Embora novos nós também sejam formados nos aerogéis revestidos, o revestimento de grafeno pode remover esses nós quando a carga é removida.

p “Tanto os aerogéis de CNT quanto os aerogéis de CNT revestidos de grafeno formam‘ novos ’nós quando comprimidos, ”O Islã explicou. “Achamos que o grafeno nos nós fica comprimido e amassado quando os aerogéis revestidos de grafeno são comprimidos. Quando a carga é removida, aerogéis de nanotubos não recuperam a forma original porque não há força restauradora para "quebrar" os novos nós que se formaram durante a compressão. Em contraste, os flocos de grafeno comprimidos e amassados ​​fornecem a força restauradora (isto é, atuam como molas) que é necessário para quebrar esses novos nós em aerogéis revestidos de grafeno. ”

p Os aerogéis de CNT que podem passar por altos níveis de compressão e depois voltar às suas formas originais podem abrir as portas para novas aplicações de aerogel. Os aerogéis CNT já têm características atraentes, como a flexibilidade inerente da síntese de aerogel que permite aos pesquisadores controlar suas formas e tamanhos, e a superelasticidade torna esses materiais ainda mais atraentes.

p “Aerogéis CNT, particularmente aerogéis de nanotubo de carbono de parede única (SWCNT), tem uma grande área de superfície, são eletricamente condutores, tem poros grandes, e têm propriedades de dissipação térmica bastante boas se você considerar que a quantidade de material neles é muito pequena, ”Islam disse, acrescentando que sua equipe publicou recentemente artigos sobre as propriedades de transporte de calor dos aerogéis e uma área de superfície próxima do limite teórico. “Por causa de suas propriedades, Aerogéis CNT podem ser usados ​​como um andaime para fazer compostos, peneiras, dissipadores de calor ultraleves em aplicações de alta gravidade, eletrodos, e suportes de catalisador. Tipicamente, nanotubos são incompatíveis com polímeros e tendem a segregar fases. Usando aerogéis como um andaime e preenchendo com polímero, os nanotubos podem permanecer bem dispersos na matriz polimérica. Isso pode melhorar significativamente o aprimoramento mecânico. ”

p Os pesquisadores estão atualmente investigando outras áreas de aerogéis CNT, além de superelasticidade.

p “Atualmente estamos trabalhando em alguns projetos, Disse ele. “Estamos usando aerogéis SWCNT para fazer compostos eletricamente condutores. Também estamos procurando fabricar compostos de polímero mecanicamente fortes. Com nossos colaboradores, estamos explorando as propriedades eletroquímicas dos aerogéis SWCNT. Estamos cultivando nanopartículas de metal nesses aerogéis SWCNT para uso como filtros para remediação de produtos químicos prejudiciais da água. Também os estamos usando como substratos condutores 3D porosos para o crescimento de tecidos.

p “Acho que o módulo e a resistência desses aerogéis de nanotubos precisam ser melhorados sem diminuir a porosidade. Como você pode imaginar, os aerogéis podem se tornar significativamente mais fortes apenas aumentando a fração de volume dos nanotubos neles, mas isso reduzirá a porosidade. ” p Copyright 2012 Phys.org
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