הכל התחיל עוד ב-1931, לפני יותר מ-80 שנה, כשסמואל סטיבנס קסטלר המציא את האירוג'לים - החומרים הקלים ביותר באותה תקופה, שבאותו הזמן היו עמידים מאוד.

השקט נשאר במשך 80 שנה, עד 2011, אז הפך החומר המיקרו-סריג גרפן לחומר הקל ביותר. הצפיפות שלו הייתה רק 0.9 מ"ג ל-1 ס"מ מעוקב והיא הייתה פחותה פי 4 מאשר אירוג'לים. מאותו רגע החלה פריצת דרך אמיתית במחקר והמצאה של חומרים קלים במיוחד.

בתוך פחות משנה אחת, מדענים הצליחו להמציא אירוגרפיט ולהפוך אותו לקל פי 4 מגרפן. צפיפות האיירוגרפיט הייתה 0.18 מ"ג/סמ"ק.

האתגר התקבל וכבר יש תוצאה: מדענים סינים ניסו לייצר חומר קל משקל אוניברסלי והתוצאה הייתה ג'ל אוויר על בסיס גרפן עם מחוון משקל סגולי 0.16 מ"ג/סמ"ק. כדי להבהיר באיזה סוג של חומר קל אנחנו מתעסקים, הבה נשווה אותו לאוויר - הוא קל פי 6.5 מאוויר.

ממה מורכב האירוג'ל המבוסס על גרפן? זהו חומר נקבובי המבוסס על פחמן (פחמן), אשר נתון לייבוש בהקפאה. השם הרשמי של החומר שהתגלה הוא "גרפן-אירוגל".

תכונות ייחודיות של החומר:

• מקדם גמישות גבוה;
• מוליכות חשמלית;
• מקדם ספיחה - 900.

זה אומר שבהיותו קל יותר מאוויר (כן, הוא יכול לעוף משם וצריך לקשור אותו כמו בלון) ובעל מבנה נקבובי, יכול לספוג חומר השוקל פי 900 משלו. כבר צצים רעיונות לשימוש ב"גרפן-אירוגל" כמחזר לנפט שנשפך בים ובאוקיינוסים. יש לציין כי ניתן לעשות שימוש חוזר בגרפן ובשמן שנאסף לאחר ההרכבה.

מוליכות חשמלית של החומרככל הנראה יעניין יצרני אלקטרוניקה וציוד נייד, כאשר משקל המכשיר לפעמים משחק תפקיד חשוב מאוד.

כימאים מצאו דרך חדשה לייצר Airbrush - חומר קל במיוחד עם תכונות ייחודיות.

כאשר אנו מדברים על משהו קל וחסר משקל, אנו משתמשים לעתים קרובות בשם התואר "אוורירי". עם זאת, לאוויר עדיין יש מסה, אם כי קטנה - מטר מעוקב של אוויר שוקל קצת יותר מקילוגרם. האם ניתן ליצור חומר מוצק שיתפוס, למשל, מטר מעוקב, אך ישקול פחות מקילוגרם? בעיה זו נפתרה בתחילת המאה הקודמת על ידי הכימאי והמהנדס האמריקאי סטיבן קיסטלר, שידוע כממציא האירוג'ל.

מבנה המאקרו של האיירגרפן שנוצר באמצעות הדפסת תלת מימד מקנה לו תכונות מכניות ייחודיות, בעוד שהחומר אינו מאבד את אופיו ה"גרפן". צילום: Ryan Chen/LLNL

אירוג'לים הם חומרים קלים להפתיע שיש להם גם חוזק ניכר. לפיכך, קוביית איירגל יכולה לתמוך במשקל שגדול פי אלף משלה. צילום: קווין ביירד/פליקר

בשנת 2013, כימאים יצרו Airbrush - ללא ספק החומר המוצק הקל ביותר הידוע. משקלו קטן פי שמונה ממשקל האוויר, התופס אותו נפח. צילום: Imaginechina/Corbis

ככל הנראה, עבור רוב הקוראים, הקשר הראשון עם המילה "ג'ל" קשור למוצר קוסמטי כלשהו או לכימיקלים ביתיים. אם כי למעשה, ג'ל הוא מונח כימי לחלוטין המתייחס למערכת המורכבת מרשת תלת מימדית של מקרומולקולות, מעין מסגרת, שבתוכה יש נוזל. בשל המסגרת המולקולרית הזו, אותו ג'ל רחצה אינו מתפשט על כף היד, אלא מקבל צורה מוחשית. אבל אי אפשר לקרוא לג'ל רגיל כזה אוורירי - הנוזל המרכיב את רובו כבד כמעט פי אלף מאוויר. כאן העלו הנסיינים רעיון איך להכין חומר קל במיוחד.

אם אתה לוקח ג'ל נוזלי ואיכשהו מסיר ממנו מים, מחליף אותם באוויר, אז כתוצאה מכך, רק מסגרת תישאר מהג'ל, שתספק קשיות, אך יחד עם זאת כמעט ללא משקל. חומר זה נקרא airgel. מאז המצאתו ב-1930, החלה סוג של תחרות בין כימאים ליצירת האיירגל הקל ביותר. במשך תקופה ארוכה שימש בעיקר חומר על בסיס סיליקון דו חמצני להשגתו. הצפיפות של אירוג'לים מסיליקון כאלה נעה בין עשיריות למאותיות הגרם לסנטימטר מעוקב. כאשר החלו להשתמש בצינורות פחמן כחומר, צפיפות האירוג'לים הופחתה בכמעט שני סדרי גודל. לדוגמה, לאירוגרפיט הייתה צפיפות של 0.18 מ"ג/ס"מ 3 . כיום, החומר המוצק הקל ביותר שייך לאירגרפן, הצפיפות שלו היא רק 0.16 מ"ג/ס"מ 3 . כדי לשים את זה בפרספקטיבה, קוביית מטר העשויה מלוח אוויר תשקול 160 גרם, וזה קל פי שמונה מאוויר.

עם זאת, כימאים אינם מונעים רק על ידי עניין ספורטיבי, ולא במקרה השתמשו בגרפן כחומר לאירוגלים. לגרפן עצמו יש הרבה תכונות ייחודיות, הנובעות בעיקר מהמבנה השטוח שלו. מאידך, לאירוגלים יש גם מאפיינים מיוחדים, שאחד מהם הוא שטח פנים ספציפי עצום, המסתכם במאות ואלפי מטרים רבועים לגרם חומר. אזור עצום כזה מתעורר בגלל הנקבוביות הגבוהה של החומר. כימאים כבר הצליחו לשלב את התכונות הספציפיות של הגרפן עם המבנה הייחודי של אירוג'לים, אבל משום מה חוקרים מהמעבדה הלאומית של ליברמור נזקקו גם למדפסת תלת מימד כדי ליצור אירוגרף.

על מנת להדפיס אירוג'ל, היה צורך תחילה ליצור דיו מיוחד המבוסס על תחמוצת גרפן. בנוסף לעובדה שהם צריכים לעשות airbrush, דיו כזה חייב להיות מתאים להדפסה תלת מימדית. לאחר שפתרו את הבעיה הזו, כימאים שמו את ידם על שיטה שבאמצעותה ניתן לייצר איירבראש עם המיקרו-ארכיטקטורה הרצויה. זה חשוב מאוד, כי בנוסף לתכונות הטבועות בגרפן, לחומר כזה יהיו גם תכונות פיזיקליות מעניינות. כך למשל, הדגימה שקיבלו מחברי המחקר התבררה כאלסטית באופן מפתיע – קובייה עשויה מאיירגרפן ניתנת לדחיסה עשר פעמים מבלי לפגוע בחומר, והיא לא איבדה את תכונותיה במהלך דחיסה ומתיחה חוזרות ונשנות.

הוא הומצא על ידי קבוצת מדענים בראשות פרופסור סיני גאו צ'או מאוניברסיטת ג'ג'יאנג והוא יצר סנסציה בעולם המדעי. גרפן, חומר קל להפליא בפני עצמו, נמצא בשימוש נרחב בננוטכנולוגיה מודרנית. ומדענים הצליחו להשיג ממנו חומר נקבובי - הקל ביותר בעולם.

אירוג'ל גרפן נוצר באותו אופן כמו אירוג'לים אחרים - על ידי ייבוש סובלימציה. ספוג נקבובי העשוי מחומר פחמן-גרפן מעתיק כמעט לחלוטין כל צורה, מה שאומר שכמות האירוג'ל תלויה רק ​​בנפח המיכל.

במונחים של תכונות כימיות, לאווירג'ל יש צפיפות נמוכה ממימן והליום. מדענים אישרו את החוזק הגבוה והגמישות הגבוהה שלו. וזאת למרות העובדה שאירוג'ל גרפן סופג ושומר על נפחים של חומרים אורגניים כמעט פי 900 מהמסה שלו! 1 גרם של איירגל יכול ממש לספוג 68.8 גרם מכל חומר שאינו מסיס במים בשנייה. זה מדהים ואולי בקרוב מאוד כל הברים ב-poeli.ru וכל המלונות ישתמשו בחומר הזה לכמה מהמטרות שלהם כדי למשוך מבקרים.

תכונה נוספת של החומר החדש עניינה מאוד את הקהילה הסביבתית - יכולתו של ספוג הגרפן לספוג חומרים אורגניים, מה שיסייע בביטול ההשלכות של תאונות מעשה ידי אדם.

התכונה הפוטנציאלית של גרפן כזרז לתגובות כימיות מיועדת לשמש במערכות אחסון ובייצור חומרים מרוכבים מורכבים.

אירוגרפיט הוחלף כמוצק הקל ביותר על ידי צורה חדשה של אירוג'ל.

המחקר על אירוג'לים נמשך ומדענים יוצרים כל הזמן עוד ועוד זנים חסרי משקל. בשנת 1931, סונתז אוויר ג'ל המבוסס על ננו-צינוריות פחמן. הצפיפות של חומר זה היא 4 מיליגרם לסנטימטר מעוקב. במשך יותר מ-80 שנה הוא נחשב לקל מבין המוצקים. הוא הוחלף באווירג'ל סיליקט (שכבר נדון פעם). החומר, שסנטימטר מעוקב אחד ממנו שוקל 1 מ"ג, תפס מיד 15 מקומות בספר השיאים של גינס, ונקרא "עשן קפוא" בשל המראה ההולוגרפי שלו. מאוחר יותר במרוץ זה, הוא הקדים את רשתות המיקרו-מתכת בצפיפות של 0.9 מ"ג/ס"מ 3, אך עד מהרה הן נעקרו מהכן על ידי אירוגרפיט (0.18 מ"ג/ס"מ 3).

מיקרו-רשתות מתכת ואירוגרפיט

Aerographite החזיקה בתואר החומר הקל ביותר בשנים האחרונות. הוא קל פי שישה מאוויר; סנטימטר מעוקב אחד של חומר זה שוקל 0.18 מיליגרם. כאשר אירוגרפיט תועד והוכר באופן רשמי, זה היה באמת תגלית גדולה. אבל הניצחון היה קצר מועד.

החודש, צוות מדענים מאוניברסיטת ג'ג'יאנג בסין הצליח לשבור את שיא הקלילות שנקבע על ידי אירוגרפיט. התגלית החדשה היא חומר נקבובי המורכב מננו-צינוריות גרפן ופחמן, המתקבלים על ידי ייבוש בהקפאה של תמיסה שלהם. החומר נקרא "גרפן-אירוג'ל". הצפיפות שלו היא 0.16 מ"ג/סמ"ק. זוהי צפיפות כפולה של מימן ופי שבעה וחצי פחות מצפיפות האוויר.

אם מישהו מודאג מדוע כל החומרים המפוארים האלה במשקל כזה לא עפים, אתה יכול להרגיע את עצמך באותו דבר כמוני. זה גם נראה לי מוזר, או לפחות מנוגד לאינטואיציה, אבל זה מה שהוא אמר כֹּלמשאב שכתב על האירוג'לים האלה. בנוסף, הוויקי מציג גם אינדיקטורים כאלה. צפיפות האוויר היא 1.2 מ"ג/ס"מ 3, הצפיפות של גיבור העלילה היא 0.16. עייפתי מבדיקה כפולה, הרגעתי את עצמי שהאירוג'לים הם נקבוביים, וכאשר חישב את הצפיפות, ברור שהם לא כוללים את משקל האוויר בתוכם. לפיכך, משקלו של סנטימטר מעוקב של מיקרו-סריג מתכת ללא אוויר הוא 0.9. עם אוויר - 2.2 מ"ג. נראה שזה התאחד. פיו.

לדברי אחד החוקרים המובילים, שיטת הייבוש בהקפאה מאפשרת גם ייצור המוני של מברשות אוויר ולא במעבדה.

סרטון נורא עליו:

כעת, לאחר שכל העולם למד על יצירת החומר הקל ביותר החדש, מוצעים רעיונות רבים לשימוש בו. אחד הרעיונות הפופולריים ביותר הוא ניקוי דליפת שמן. אירוג'ל גרפן יוכל לספוג שמן ומים בכמויות העולות על משקלו פי 900. וגם בשמן ובמים הנספגים, ובגרפן-אירוג'ל עצמו, ניתן לעשות שימוש חוזר בעתיד. החוקרים עובדים קשה כדי להמשיך ולפתח את החומר והיישומים האפשריים שלו.

מקורות:

מאז 2011, מדענים פיתחו כמה חומרים חדשניים, שבתורם החזיקו בתואר "החומר הקל ביותר על פני כדור הארץ". ראשית, איירג'ל המבוסס על ננו-צינוריות פחמן (4 מ"ג/סמ"ק), לאחר מכן חומר בעל מבנה מיקרו-סריג (0.9 מ"ג/סמ"ק), ואז אירוגרפיט (0.18 מ"ג/סמ"ק). אבל היום החומר הקל ביותר הוא אירוג'ל גרפן, שצפיפותו היא 0.16 מ"ג/סמ"ק.

התגלית הזו, השייכת לקבוצת מדענים מאוניברסיטת ג'ג'יאנג (סין) בהנהגתו של פרופסור גאו צ'או, עוררה סנסציה אמיתית במדע המודרני. הגרפן עצמו הוא חומר קל במיוחד שנמצא בשימוש נרחב בננוטכנולוגיה מודרנית. ראשית, מדענים השתמשו בו כדי ליצור סיבי גרפן חד מימדיים, אחר כך סרטי גרפן דו מימדיים, וכעת נוסף מימד שלישי לגרפן, וכתוצאה מכך חומר נקבובי שהפך לחומר הקל ביותר בעולם.

השיטה להפקת חומר נקבובי מגרפן נקראת ייבוש בהקפאה. אירוג'לים אחרים מוכנים באותו אופן. ספוג הפחמן-גרפן הנקבובי מסוגל לחזור כמעט לחלוטין על כל צורה שניתנת לו. במילים אחרות, כמות אירוג'ל הגרפן המיוצרת תלויה אך ורק בנפח המיכל.

מדענים מכריזים באומץ על תכונות כגון חוזק וגמישות גבוהים. יחד עם זאת, garfen airgel מסוגל לספוג ולשמור נפחים של חומרים אורגניים עד פי 900 ממשקלו! אז, בשנייה, 1 גרם של איירגל מסוגל לספוג 68.8 גרם של כל חומר שאינו מתמוסס במים.

תכונה זו של החומר החדשני עניינה מיד את איכות הסביבה. אחרי הכל, בדרך זו אתה יכול לחסל במהירות את ההשלכות של תאונות מעשה ידי אדם, למשל, שימוש באווירג'ל באתרי דליפת נפט.

בנוסף ליתרונות הסביבתיים, לגרפן אירוג'ל יש פוטנציאל עצום לאנרגיה, במיוחד הוא מתוכנן לשמש במערכות אחסון. במקרה זה, הג'ל יכול להיות זרז לתגובות כימיות מסוימות. כמו כן, גרפן אירוג'ל כבר מתחיל לשמש בחומרים מרוכבים מורכבים.