Energiatárolásra alkalmas „folyékony füstöt” készítettek 3D-nyomtatással

A “folyékony füst” néven is emlegetett aerogél egy ultrakönnyű szintetikus, porózus anag, amelyet gélből készítenek. A legtöbb hagyományos gél alapú anyagtól az különbözteti meg, hogy folyékony részét gázzal helyettesítik, aminek az eredménye egy extrém alacsony sűrűségű szilárd anyag alacsony hővezető képességgel.

Az aerogéleket rendszerint úgy készítik, hogy a gélből szuperkritikus szárítás útján kinyerik a folyékony komponenst, így megakadályozzák, hogy a folyadék a száradás során összeomoljon a kapilláris hatás miatt. Mára azonban a tudósok már képesek arra is, hogy az igényeket a legújabb gyártótechnológiák segítségével elégítsék ki.

A kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium kutatói nemrég egy olyan grafén aerogélt készítettek, amely alkalmas arra, hogy hatékonyabb energiatárolókat, szenzorokat, nanoelektronikai eszközöket készítsenek a segítségével.

A kutatók 3D-nyomtatás segítségével voltak képesek előállítani mikrorácsokat. Egy olyan nyomtatási technikát alkalmaztak az eljárás során, amelyet gyakran használnak komplex 3D-formák létrehozásához, és amelynek előnye, hogy nem szükséges hozzá a hagyományos bonyolult eszközök használata.

Az új 3D-nyomtatott grafén aerogél egyik legnagyobb előnye nagy felülete, jó elektromos vezetőképessége, mechanikai szilárdsága szuperkompresszibilitása és extrém alacsony súlya. A korábbi kísérletek a hasonló anyagok előállítására véletlenszerű struktúrákat eredményeztek, amelyekből hiányoztak azok az alapvető tulajdonságok, melyek lehetővé tették volna az anyagok hatékony felhasználását.

A meghatározott makrostruktúrával bíró grafén aerogélek létrehozása speciális alkalmazások céljára egy ellenőrzött és skálázható gyártómechanizmus által még mindig hatalmas kihívás, amelyet egyelőre nem tudtunk legyűrni” – mondta el Marcus Worsley kutatómérnök.

„A 3D-nyomtatás lehetővé teszi, hogy intelligens módon tervezzük meg az aerogél struktúráját, irányíthatóvá teszi az anyagmozgatást és a fizikai tulajdonságok optimalizációját, így például a szilárdságét. Ez az áttörés lehetővé teszi az aerogélek új és kreatív alkalmazási területeken történő használatát” – fejtette ki a kutató.

Worsley más livermore-i kutatókkal együtt grafén-oxid és szilícium-dioxid felhasználásával készítettek homogén, nagy viszkozitású “tintát”, amelyből képesek voltak előállítani a megfelelő 3D-struktúrákat.

„A 3D-nyomtatás technológiájának alkalmazása az aerogélek esetén lehetővé teszi, hogy számtalan komplex aerogél architektúrát hozzunk létre speciális alkalmazások céljára, amire korábban nem volt példa” – tette hozzá Cseng Csu kutatómérnök.

(3ders.org)