Airbrush almanın yeni bir yolu 03.05.2015

Hafif ve ağırlıksız bir şeyden bahsettiğimizde genellikle "hava" sıfatını kullanırız. Bununla birlikte, havanın küçük de olsa kütlesi vardır - bir metreküp hava bir kilogramın biraz üzerindedir. Örneğin bir metreküp kaplayacak, ancak aynı zamanda bir kilogramdan daha az ağırlığa sahip katı bir malzeme yaratmak mümkün müdür? Bu problem geçen yüzyılın başında aerojelin mucidi olarak bilinen Amerikalı kimyager ve mühendis Stephen Kistler tarafından çözüldü.

Airbrush'ın 3D baskılı makro yapısı, "grafen" yapısını kaybetmeden benzersiz mekanik özellikler sağlar. Kredi: Ryan Chen/LLNLAirbrushed airbrush'ın 3D baskılı makro yapısı, "grafen" yapısını kaybetmeden benzersiz mekanik özellikler sağlar.

Muhtemelen, çoğu için, "jel" kelimesiyle ilk ilişki, bir tür kozmetik ürün veya ev kimyasalları ile ilişkilidir. Aslında, bir jel, boşluklarında bir sıvı bulunan üç boyutlu bir makromolekül ağından, bir tür çerçeveden oluşan bir sistemi ifade eden tamamen kimyasal bir terimdir. Bu moleküler yapı sayesinde aynı duş jeli avucunuzun üzerine yayılmaz, somut bir şekil alır. Ancak böyle sıradan bir jele havadar demek imkansızdır - çoğunu oluşturan sıvı havadan neredeyse bin kat daha ağırdır. Deneycilerin ultra hafif bir malzemenin nasıl yapılacağı fikri burada ortaya çıktı.

Sıvı bir jel alırsanız ve bir şekilde ondan suyu çıkarırsanız, hava ile değiştirirseniz, sonuç olarak, jelden sadece sertlik sağlayacak, ancak aynı zamanda neredeyse hiç ağırlığı olmayan bir iskelet kalacaktır. Bu malzemeye aerojel denir. 1930'daki icadından bu yana, kimyagerler arasında en hafif aerojeli yaratmak için bir tür rekabet başladı. Uzun bir süre, onu elde etmek için esas olarak silikon dioksit bazlı bir malzeme kullanıldı. Bu tür silikon aerojellerin yoğunluğu, santimetre küp başına onda bir ila yüzde bir gram arasında değişiyordu. Karbon nanotüpler malzeme olarak kullanılmaya başladığında, aerojellerin yoğunluğu neredeyse iki kat azaldı. Örneğin, airgrafit 0,18 mg/cm3 yoğunluğa sahipti. Bugüne kadar, en hafif katı malzemenin avuç içi airbrush'a aittir, yoğunluğu sadece 0,16 mg / cm3'tür. Açıklık getirmek için, airbrushed kağıttan yapılmış bir metre küp, havadan sekiz kat daha hafif olan 160 g ağırlığında olacaktır.

Bununla birlikte, kimyagerler sadece spor ilgisi tarafından yönlendirilmiyor ve aerojeller için bir malzeme olarak grafen tesadüfen kullanılmaya başlandı. Grafenin kendisi, büyük ölçüde düz yapısından dolayı birçok benzersiz özelliğe sahiptir. Öte yandan, aerojeller de özel özelliklere sahiptir; bunlardan biri, maddenin gramı başına yüzlerce ve binlerce metrekareye tekabül eden devasa bir spesifik yüzey alanıdır. Böyle büyük bir alan, malzemenin yüksek gözenekliliği nedeniyle ortaya çıkar. Kimyagerler, grafenin belirli özelliklerini aerojellerin benzersiz yapısıyla birleştirmeyi çoktan başardılar, ancak Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndan araştırmacılar, bir nedenden dolayı airbrush oluşturmak için bir 3D yazıcıya da ihtiyaç duydular.

Aerojel basmak için önce grafen oksit bazlı özel bir mürekkep yaratmak gerekiyordu. Airbrushlı olmalarına ek olarak, bu tür mürekkebin 3D baskıya uygun olması gerekir. Bu sorunu çözen kimyagerler, istenen mikro mimariye sahip airbrush üretmenin mümkün olduğu bir yöntem buldular. Bu çok önemlidir, çünkü grafenin doğasında bulunan özelliklere ek olarak, böyle bir malzeme aynı zamanda ilginç fiziksel özelliklere de sahip olacaktır. Örneğin, çalışmanın yazarlarının aldığı numunenin şaşırtıcı derecede elastik olduğu ortaya çıktı - havayla fırçalanmış bir küp, malzemeye zarar vermeden on kez sıkıştırılabilirken, tekrarlanan sıkıştırma-gerdirme sırasında özelliklerini kaybetmedi.

Tekrar tekrar sıkıştırma yeteneği, basılı airbrush'ı "normal" yolla elde edilenden ayırır. Yeni airbrush'ın pratik uygulamalarından biri, malzemenin geniş iç yüzeyinin elektrot olarak kullanılacağı ve basılı yapının ona istenen esnekliği vereceği esnek elektrikli piller olabilir.