Dure, La mousse ultralégère de feuilles d'épaisseur atomique peut être fabriquée dans n'importe quelle taille et forme grâce à un processus chimique inventé à l'Université Rice.

Dans les images microscopiques, la mousse baptisée "GO-0.5BN" ressemble à un bâtiment à l'échelle nanométrique, avec des sols et des murs qui se renforcent mutuellement. La structure se compose d'une paire de matériaux bidimensionnels :des sols et des parois d'oxyde de graphène qui s'auto-assemblent à l'aide de plaquettes hexagonales de nitrure de bore.

Les chercheurs disent que la mousse pourrait trouver une utilisation dans les composants structurels, comme électrodes de supercondensateur et de batterie et pour l'absorption de gaz, entre autres applications.

La recherche d'une collaboration internationale dirigée par le laboratoire Rice du scientifique des matériaux Pulickel Ajayan est détaillée aujourd'hui dans la revue en ligne Communication Nature .

L'oxyde de graphène (GO) est une variante du graphène, le réseau hexagonal d'atomes de carbone connu pour sa résistance et sa conductivité supérieures. Il peut être produit en vrac en exfoliant chimiquement du graphite oxydé. Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) ressemble à GO, avec le même réseau d'atomes en "fil de poulet". Un isolant appelé « graphène blanc, " h-BN a la capacité de former des interfaces transparentes avec le graphène, ce qui a conduit à la création de matériaux hybrides intéressants à Rice et ailleurs.

Soumya Vinod, l'étudiante diplômée Rice qui a codirigé le projet, a déclaré qu'elle et ses collègues s'attendaient à ce que l'ajout de h-BN à l'oxyde de graphène durcisse la mousse résultante, mais "le commandé, La structure en couches n'était pas tout à fait attendue."

"Une fois que nous avons observé la structure, nous savions qu'elle était très différente des autres mousses nano-ingénierie rapportées et pouvait conduire à des propriétés très intéressantes, " elle a dit.

Ces propriétés incluent la capacité de gérer beaucoup de tension et de toujours rebondir à sa forme native. C'est remarquable, Vinod a dit, pour un matériau si léger qu'un souffle égaré dans le laboratoire enverrait les petits échantillons voler.

Les deux composants du nouveau matériau commencent comme bon marché, poudres abondantes. Des couches d'oxyde de graphène et de h-BN d'épaisseur atomique sont exfoliées chimiquement des poudres, mélangé dans la bonne proportion avec quelques catalyseurs chimiques et lyophilisé. La mousse qui en résulte prend la forme du contenant et est 400 fois moins dense que le graphite.

Pour tester, Vinod et ses collègues ont fabriqué des mousses d'oxyde de graphène pur et des mousses avec du h-BN à 25 et 50 pour cent en poids. La version à 50 pour cent de h-BN s'est avérée la plus stable mécaniquement, bien qu'elle s'attende à optimiser le mélange - et à augmenter la taille - avec d'autres expérimentations. "Nous avons constaté qu'une plus grande concentration de h-BN conduit à une faible intégrité structurelle, mais nous n'avons pas encore optimisé la bonne quantité, " elle a dit.

Un examen rapproché de la mousse a révélé que les sols étaient des feuilles auto-assemblées de flocons de GO se chevauchant. Des plaquettes de réticulation de h-BN étaient uniformément réparties dans tout le matériau et maintenaient les feuilles ensemble.

Des échantillons de la taille d'une gomme de crayon ont été compressés avec un ou deux centimes pour voir à quel point ils rebondiraient.

Les plaquettes h-BN se connectent à l'oxyde de graphène et absorbent les contraintes de compression et d'étirement, empêchant les sols GO de s'effriter et améliorant considérablement la stabilité thermique du matériau, dit Vinod. Les plaquettes empêchaient également la propagation de fissures qui détruisaient les échantillons avec moins ou pas de h-BN.