Bitkiler, Son Derece Güçlü ve Esnek Grafen Aerojellerin Geliştirilmesine İlham Oldu. Grafen aerogelleri, katalizörler, elektrotlar ve esnek elektronikler olarak kullanım için cazip malzemelerdir. Ancak bugüne kadar onları güçlü ve elastik hale getirmek zordu. Araştırmacılar, şimdi, su bitkilerinin yüksek derecede gözenekli yapısını taklit eden gerilebilir bir grafen aerojel yaparak bu engeli aştılar (ACS Nano 2017, DOI: 10.1021 / acsnano.7b01815).
Yeni ve iletken aerojeller, ağırlığının 6.000 katından fazla ağırlıkla yarıya kadar sıkıştırıldıktan sonra orijinal haline geri dönebildi. Aerojel 1000 kereden fazla sıkıldıktan sonra bile orijinal gücünün % 85’ini korur.
Buna karşılık, araştırmacılar tarafından yapılan ve test edilen rasgele gözenek yapılarına sahip aerojeller sadece 10 sıkıştırma devresinden sonra gücünün yarısından fazlasını kaybetti. Düşük yoğunluk, mukavemet, süper elastikiyet ve iletkenlik kombinasyonu, malzemenin büyük hacim değişikliklerine uğradığı uygulamalar için kritiktir, örneğin kimyasalları ıslatan bir emici veya iyonu alıp bırakan bir elektrot gibi kullanılması.
Grafen aerojeli, ağırlığının 6.000 katından fazla sıkıştırıldıktan sonra eski haline geri döndü.Bilim adamları, genellikle suda asılı duran grafen oksit pullarını kimyasal olarak indirgeyerek ve onları dondurup kurutarak grafen aerogelleri yapmışlardır. Daha yakın zamanlarda, bilim adamları gözenekli, sıkışabilir grafen aerogelleri yapmak için grafen mürekkepleri ile 3 boyutlu baskı yöntemi kullandı.
Zhejiang Üniversitesinden Hao Bai, “Fakat bu yöntemler genellikle rasgele gözenek yapılarına sahip aerojeller ile sonuçlanır ve özelliklerini tehlikeye atar. Örneğin güçlü olabilirler, ancak elastik değildirler veya mekanik özelliklerin pahasına iyi bir elektrik iletkenliğine sahiptirler. Mukavemeti, elastikiyeti ve iletkenliği birleştirmek için özenle tasarlanmış düzenli yapılar gerekir” diyor.
Bai ve arkadaşları, bitkinin vahşi rüzgara dayanıklı güçlü ve esnek olan gözenekli, ince gövdeli Thalia dealbata‘dan ilham aldı.
Gövdeleri, birbirlerine yay gibi hareket eden 1 mm uzunluğundaki köprülerle birbirine bağlanmış, 100 ila 200 μm çaplı yapısal tüp tabakalarından oluşur. Ekip, bitkinin özelliklerinin benzer bir yapıya sahip bir aerojelde kopyalanabileceğini düşünüyordu.
Araştırmacılar, Bai’nin Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuarı‘nda 2015’te geliştirmesine yardımcı oldukları yapısal gözenekli materyallerin oluşturulması için özel bir donma tekniği kullanarak 10 mm’lik bir grafen aerojel küpü hazırladılar. Yöntem, buzu bir şablon olarak kullanarak, grafen oksit süspansiyonunu kontrollü bir şekilde dondurarak, iki yönlü paralel grafen oksit tabakaları oluşturur bunlar, T. dealbata’daki gibi köprüler ile birleştirilen plakaları oluştururlar. Donma-kuruma ve numunenin ısıtılması, materyali grafen haline dönüştürerek aerojel üretir.
Malzemelerin algılayıcılar ve elektronikte kullanılma potansiyelini değerlendirmek için ekip iletkenliğini ve sıkıştırmayla nasıl değiştiğini test etti. Aerojeli bir devredeki bir ışık yayan diyota bağladıklarında, aerojelin sıkışmasının iletkenliği arttıklarını, LED’in daha parlak parladığı gördüler. Bai, “Aerojenin iletkenliği, düşük yoğunluğu göz önüne alındığında yüksektir” dedi. “Yoğunluk arttıkça, aerojel daha iletken olmalı.”
Washington Üniversitesi’nden Peter Pauzauskie, yeni bir aerojel mikroyapı üretmek için, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir bir donma işleminin oldukça akıllıca olduğunu söyledi. “Bu tür ayrıntılı grafen mikroyapı elde etmek için, 3 boyutlu baskı da dahil olmak üzere diğer yöntemleri kullanmak çok pahalı ve ulaşılması zordur” diyor.
Bai ve meslektaşları, tekniklerini kullanarak selüloz ve polimer-silika kompozitler gibi diğer malzemelerden aerojel yapmayı denemek istiyorlar. Bai, iyi tasarlanmış biyomimetik yapılarla bu malzemelerin filtrasyon, algılama ve sıvı adsorpsiyonu gibi birçok kullanım alanı bulabileceğini belirtti.
Kaynak : ACS
