Los científicos de la Universidad de Rice han construido un mejor epóxico para aplicaciones electrónicas.
El epoxi combinado con la espuma de grafeno "ultra rígida" inventada en el laboratorio de Rice del químico James Tour es sustancialmente más resistente que el epoxi puro y mucho más conductivo que otros compuestos epoxi, al tiempo que retiene la baja densidad del material. Podría mejorar los epóxicos en el uso actual que debilitanLa estructura del material con la adición de rellenos conductores.
El nuevo material se detalla en la revista American Chemical Society ACS Nano .
Por sí mismo, el epoxi es un aislante y se usa comúnmente en recubrimientos, adhesivos, electrónica, herramientas industriales y compuestos estructurales. A menudo se agregan cargas de metal o carbono para aplicaciones donde se desea conductividad, como el blindaje electromagnético.
Pero hay una compensación: más relleno aporta una mejor conductividad a costa del peso y la resistencia a la compresión, y el compuesto se vuelve más difícil de procesar.
La solución Rice reemplaza los polvos de metal o carbono con una espuma tridimensional hecha de láminas de grafeno a nanoescala, la forma de carbono con un espesor de átomo.
El laboratorio Tour, en colaboración con los científicos de materiales de arroz Pulickel Ajayan, Rouzbeh Shahsavari y Jun Lou y Yan Zhao de la Universidad de Beihang en Beijing, se inspiraron en proyectos para inyectar epoxi en andamios 3D, incluidos aerogeles de grafeno, espumas y esqueletos de varios procesos.
El nuevo esquema crea andamios mucho más fuertes a partir de poliacrilonitrilo PAN, una resina de polímero en polvo que usan como fuente de carbono, mezclada con polvo de níquel. En el proceso de cuatro pasos, prensan en frío los materiales para hacerlos densos,caliéntelos en un horno para convertir el PAN en grafeno, trate químicamente el material resultante para eliminar el níquel y use una aspiradora para extraer el epoxi en el material ahora poroso.
"La espuma de grafeno es una sola pieza de grafeno de pocas capas", dijo Tour. "Por lo tanto, en realidad, toda la espuma es una molécula grande. Cuando el epoxi se infiltra en la espuma y luego se endurece, cualquier curvatura en el epoxi enun lugar estresará el monolito en muchos otros lugares debido al andamio de grafeno incrustado. Esto finalmente endurece toda la estructura ".
Los compuestos en forma de disco con 32 por ciento de espuma eran marginalmente más densos, pero tenían una conductividad eléctrica de aproximadamente 14 Siemens una medida de conductividad u ohmios inversos por centímetro, según los investigadores. La espuma no agregó un peso significativo ael compuesto, pero le dio siete veces la resistencia a la compresión del epoxi puro.
El enclavamiento fácil entre el grafeno y el epoxi también ayudó a estabilizar la estructura del grafeno. "Cuando el epóxido se infiltra en la espuma de grafeno y luego se endurece, el epóxido es capturado en dominios del tamaño de micras de la espuma de grafeno", dijo Tour.
El laboratorio subió la apuesta al mezclar nanotubos de carbono de paredes múltiples en la espuma de grafeno. Los nanotubos actuaron como barras de refuerzo que se unieron con el grafeno e hicieron que el compuesto fuera 1.732 por ciento más rígido que el epoxi puro y casi tres veces más conductivo, aproximadamente 41 Siemens porcentímetro, mucho mayor que casi todos los compuestos epoxídicos basados en andamios informados hasta la fecha, según los investigadores.
Tour espera que el proceso se adapte a la industria. "Uno solo necesita un horno lo suficientemente grande como para producir la parte final", dijo. "Pero eso se hace todo el tiempo para hacer grandes piezas de metal presionándolas en frío y luego calentándolas"
Dijo que el material podría reemplazar inicialmente las resinas de compuesto de carbono utilizadas para preimpregnar y reforzar la tela utilizada en materiales desde estructuras aeroespaciales hasta raquetas de tenis.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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