Porowaty węgiel
Węgle porowate (PC) to wszechstronne materiały o szerokim zakresie zastosowań, w tym czujników, siłowników , izolacji termicznej i konwersji energii . Przykładami komputerów osobistych są aerożel na bazie grafenu i nanorurek węglowych . Właściwości fizyczne, które czynią komputery PC wyjątkowymi, to niska gęstość, wysoka przewodność, elastyczność mechaniczna i stabilność w ekstremalnych warunkach.
Właściwości mechaniczne
Aby zapewnić trwałość komputerów PC, ważne jest zbadanie właściwości mechanicznych. Podjęto szczegółowe wysiłki w celu zbadania kruchości przy ściskaniu porowatych materiałów węglowych. W 1999 Iizuka i in. badał właściwości mechaniczne ceramiki drzewnej, rodzaju porowatego materiału węglowego. Jako materiał bazowy ceramiki drzewnej zastosowano stabilne włókno średniej gęstości, a płytę zaimpregnowano żywicą fenolową. Począwszy od 300°C moduł Younga i wytrzymałość na ściskanie najpierw spadały wraz ze wzrostem temperatury, ale przy 500°C wytrzymałość gwałtownie wzrasta, aż osiągnie 800°C i plateau. Wpływ temperatury wynikał ze zmian mikrostrukturalnych żywicy podczas karbonizacji. Badano także działanie impregnatów żywicą fenolową w temperaturze 800°C. Wyniki wykazały, że moduł Younga wzrósł w wyniku impregnacji żywicą fenolową (rysunek 1). Maksymalny moduł Younga wynosił 5 MPa, a maksymalna wytrzymałość na ściskanie 80 MPa. Przeprowadzono także test mechaniczny na zginanie ścian i stwierdzono, że pękanie ściany komórkowej jest skorelowane z gęstością względną wytrzymałością na ściskanie i modułem Younga.
i in. badali inny rodzaj ściskanego porowatego węgla składającego się z aerożeli celulozowych i grafenowych . Zmodyfikowane aerożele celulozowo-grafenowe (MCGA) zsyntetyzowano poprzez dwukierunkowe liofilizację i szczepienie długich łańcuchów węglowych poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej (rysunek 2). Produkt końcowy miał gęstość nasypową 5,9 mg/cm 3 i powierzchnię właściwą 47,3 m 2 /g, zawierając elastyczne nanofibryle celulozowe i sztywne składniki grafenowe. Po optymalizacji stężenia tlenku grafenu i anizotropowej struktury porowatej przeprowadzono próby rozciągania zostały wykonane. Stwierdzono, że MGCA może odzyskać 99,8% i 96,3% po skompresowaniu odpowiednio do 60% i 90%. Obrazy SEM wykazały, że ze względu na swoją unikalną strukturę, ściany porów MCGA były w stanie marszczyć się i fałdować podczas kompresji. Inną unikalną cechą tego materiału jest jego zdolność absorpcji związków hydrofobowych, takich jak oleje i rozpuszczalniki chemiczne, wynosząca 80-197-krotność jego masy.
Wręcz przeciwnie, mniej wysiłku włożono w badanie rozciągliwości porowatych węgli. Gao i in . zsyntetyzował rusztowanie lamelarne dalekiego zasięgu składające się z chitozanu i tlenku grafenu poprzez dwukierunkowe zamrażanie, liofilizację i wyżarzanie . W rezultacie otrzymujemy materiał o gęstości 11 mg cm -3 i porowatości około 99,4%. Przeprowadzono różne testy rozciągania i stwierdzono, że sprężyna węglowa może powrócić do swojego pierwotnego kształtu po odkształceniu ściskającym wynoszącym 80% i odkształceniu rozciągającym -60% przy współczynniku Poissona od 0,05 do 0,1. Wąska histerezy krzywej naprężenie-odkształcenie wskazuje na niskie rozproszenie energii (współczynnik straty energii około 0,2) ze względu na znikome tarcie wewnętrzne, miejscowe wyboczenie lub pęknięcia podczas procesów odkształcania. Rozciągliwe właściwości mechaniczne tego materiału sprawiają, że są świetnymi kandydatami na czujniki wibracyjne i magnetyczne.