Углеродный аэрогель для высокоэффективной электроники

Углеродный аэрогель для высокоэффективной электроники

Углеродные аэрогели приобретают актуальность. Углеродные аэрогели представляют собой сверхлегкие проводящие материалы, активно изучаемые наукой с целью применения в качестве ионисторов или электродов электромобилей и сотовых телефонов. До недавнего времени эксперименты не радовали. И вот совсем недавно китайские учёные нашли способ производства устойчивых электродов. Углеродные аэрогели можно получить непосредственно из целлюлозных нанофибрилл, обильного клеточного материала древесины. Об этом говорится в результатах исследований, опубликованных журналом «Angewandte Chemie».

Что такое ионисторы?

Ионисторы — конденсаторы, способные заряжаться очень большим объёмом энергии за короткий промежуток времени. Ключевыми факторами качества электродов ионистора являются значительная площадь поверхности вкупе с высокой проводимостью и простым производственным методом.

Есть существенная проблема производства ионисторов (в рамках технологий смартфонов и электромобилей) — стабильность. Тем не менее, стабильное экономичное производство углеродных аэрогелей в качестве материалов ионисторных электродов возможно. Так считают китайские учёные.

Производство углеродных аэрогелей

Углеродные аэрогели — сверхлёгкие проводящие материалы с большой площадью рабочей поверхности. Производство таких материалов допустимо способами:

  1. На основе фенольных компонентов.
  2. На основе графена и углеродных нанотрубок.

Последний способ обеспечивает получение высокоэффективных углеродных аэрогелей, но считается дорогостоящим и вредным по отношению к окружающей среде.

В своих поисках различных прекурсоров китайцы обнаружили объёмный, менее затратный и стабильный источник производства: древесный массив.

Если выражаться точнее, рассматривается не натуральная древесная масса, а лишь основной ингредиент — наноцеллюлоза.

Растительные стенки клеток древесины стабилизируются волокнистой наноцеллюлозой. Вот, именно этот экстрагируемый материал стал стимулятором технологического развития.

Наноцеллюлоза образует высокопористую, стабильную прозрачную сеть, если применяется методика — окисление акцептором радикалов «TEMPO».

Акцептор радикалов образует микропористый гидрогель высоко ориентированных целлюлозных нанофибрилл с одинаковой шириной и длиной.

Поскольку органические углеродные аэрогели получают из гидрогелей путем сушки и пиролиза, авторы технологии попытались выполнить пиролиз надкритического (лиофилизированного) нанофибриллированного целлюлозного гидрогеля.

Трюки для решения научных задач

Как выяснилось, метод не оправдал всех ожиданий, так как образование кристаллов льда и недостаточная дегидратация затрудняли карбонизацию.

Помог неожиданно придуманный трюк. Учёные пиролизовали высушенный гель в присутствии пара-толуолсульфоновой кислоты на основе органической кислоты.

Если верить утверждениям исследователей:

После таких действий катализатор снизил температуру разложения и выдал механически стабильную пористую трехмерную нановолоконную сеть с высокой удельной площадью поверхности и улучшенной электропроводимостью.

Авторы также продемонстрировали, насколько качественно созданный продукт работает в качестве свободно связанного электрода ионистора.

Таким образом, методика видится интересным инновационным способом изготовления устойчивых материалов, пригодных для использования в схемах высокоэффективных электронных устройств.


На основе материалов: Wiley


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *