全碳气凝胶

✍ dations ◷ 2025-07-27 17:45:02 #材料,粒子物理学,2012年

全碳气凝胶(英语:Aerographite,暂名)是一种人造发泡物质,微观上是一个由碳组成的多孔而具互连的网络的管状物。全碳气凝胶的密度为180 g/m3 (0.00112 lbs/ft3),是人类创造过的其中一种最轻的结构材料。它是由德国的两所大学——基尔大学和汉堡-哈尔堡工业大学联合开发的,于2012年六月首次被公开在科学杂志上。

全碳气凝胶是一种黑色、不需依靠支撑物而竖立的物质,能被塑造成多变的形状,可大至数立方厘米。它是由具无缝、互连的碳管状物所组成,其管状物的直径约为微米大小,墙壁为15奈米。基于其相对较小的弯曲度和相对较大的墙壁厚度,且外壁为石墨烯状,使其和玻璃碳在性质上约有差异。全透气凝胶的管壁会断开有皱褶,令它具有弹性的特质。

借电子能量损失谱和电导率作测量,可确认全碳气凝胶中的碳键具有sp2杂化的性质。

当外力挤压,全碳气凝胶的电导率会上升,和它的密度作比较,电导率由~0.2 S/m(0.18 mg/cm3时)上升互0.8 S/m(0.2 mg/cm3时),及至37 S/m(50 mg/cm3时)。 因此,当被压缩得愈紧密,导电性能便愈高。

基于全碳气凝胶的管状、互连的网络的结构,全碳气凝胶比其他炭制人造发泡物质(如硅胶气凝胶)更能抵抗拉力。全碳气凝胶可以维持很大的弹性变形 ,并有很低的泊松比。一个三毫米高的全碳气凝胶被压至十分一毫米后,可以完全恢复至三毫米。全碳气凝胶的极限抗拉强度视乎材料密度。全碳气凝胶的极限抗拉强度大约是160 kPa(8.5 mg/cm3时)与1 kPa(0.18 mg/cm3时),相比下,最坚固的硅胶气凝胶的极限抗拉强度为16 kPa(100 mg/cm3时)。在张力下,杨氏模数大约是15 kPa(0.2 mg/cm3),但在压力下会低得多,杨氏模数会由1kPa(0.2 mg/cm3) 上升至7 kPa(15 mg/cm3)。作者所提供的密度是是基于质量的测量,和为了实验也适用于其他结构的人造发泡物质的外在体积的测定。

全碳气凝胶是超疏水性的,所以当它是数厘米大小时会抗拒水。另外,全碳气凝胶对静电效应比较敏感,会自发地被带电物件吸引.

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