纳米材料航空石墨烯用于制造极其强大的泵

由基尔领导的一个国际研究小组开发了一种产生可控电爆炸的新方法。理论上，只需要450克这种材料就可以举起一头大象：“Aerographene”的这种能力归功于其在纳米级的独特结构。在视觉上类似于黑色泡沫，它实际上由一个基于石墨烯的精细结构管状网络组成，具有许多空腔。这使得它非常稳定、导电并且几乎和空气一样轻。由基尔大学(CAU)材料科学家领导的国际研究团队现已向实际应用迈出了重要一步。他们成功地在极短的时间内反复加热和冷却航空器和内部空气，使其达到非常高的温度。这使得非常强大的泵，压缩空气应用或微型消毒空气过滤器。这篇文章作为封面故事出现在著名科学期刊的当前一期今天的材料。

“当我们第一次推出这些材料时，它们是迄今为止世界上最轻的一类材料，密度仅为每立方厘米0.2毫克。因为这实际上是空气，我们称它们为‘航空材料’”，RainerAdelung回忆道。CAU功能纳米材料教授开发了这些材料，该材料于2012年与汉堡理工大学的同事一起首次提出。航空材料的迷人特性引起了全世界的兴趣，并从那时起得到了深入研究，例如在欧洲主要研究计划“石墨烯旗舰”中。

这项新研究为航空材料如何从基础研究走向应用做出了贡献。来自基尔的材料科学家与来自德累斯顿工业大学、南丹麦大学、特伦托大学、伦敦玛丽女王大学的同事一起发现了进一步的特性，这些特性可以推动气动、机器人或空气过滤技术的创新。

“航空石墨烯”可以非常快地加热和冷却

“在我们的实验中，我们发现由石墨烯和其他导电纳米材料制成的航空材料，由于其密度低，可以极快地进行电加热，每毫秒高达数百度，”来自CAU的FabianSchütt博士解释说，他领导和与FlorianRasch博士一起进行了实验。为此，材料科学家使用了“航空石墨烯”航空材料，它仅由几层碳原子和99.9%的空气组成。加热时，材料内部所含的空气也会被极快地加热并膨胀。在非常快速加热的情况下，体积会膨胀，人们称之为“爆炸”。“这意味着我们现在能够使用航空石墨烯来启动不需要化学反应的小型可控和可重复爆炸，”Schütt总结他们的发现时说。

这是因为几乎与加热一样快，一旦电源关闭，航空石墨烯就会再次冷却。“由于热容量极低，它几乎不能储存任何热量。通过其网络结构，它可以非常迅速地将热量释放回包含的空气中，”Schütt继续说道。材料的快速加热和冷却使研究人员能够每秒开始几次爆炸，一个接一个。“只需按一下按钮，就可以为我们提供极其强大的压缩空气，而无需其他情况下需要的压缩机和气体供应，”Adelung解释说。

材料已承受超​​过100,000次循环——正在申请专利

科学家们利用这种效应开发了可专门调节的新型泵以及微型高性能执行器。“如果你将航空材料放在一个压力缸中并用电加热，产生的气流可以用来有针对性地上下移动物体，每秒几次，”Rasch解释说，他最近完成了他的博士论文这个主题。在他们的实验中，两位第一作者Schütt和Rasch能够证明，即使是少量重许多倍的航空石墨烯物体也可以移动。例如，10毫克的航空石墨烯足以在几毫秒内举起2公斤的重量。所以用航空石墨烯开发的执行器具有高功率密度，同时保持大的体积变化。

“与化学反应相比，这些小的电爆炸可以非常具体地控制，也非常干净。通过改变电流供应的持续时间和强度，我们可以精确控制空气爆炸的频率和强度，”拉施说。由于航空材料具有极高的导电性，因此它们只需要少量的电力。在基尔进行的实验中，该材料迄今已经受住了100,000次循环，并且已经申请了专利。

也可用作自洁空气过滤器，防止细菌滋生

作为应用的一个例子，Adelung的研究小组目前正在与德国航空供应商LufthansaTechnik合作开发基于航空石墨烯的新型空气过滤材料和系统，并由石墨烯旗舰公司资助。“气流可以很好地引导通过材料的开放网络结构，并且可以在短时间内强烈加热。通过这种方式，例如细菌和病毒可以从空气中被过滤掉并被杀死，”Adelung说.“这可以让这些过滤系统在未来实现自清洁和工作，而无需进行昂贵的维护。”

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