Стеклоуглерод получат при помощи нанотрубок

Исследователи из Массачусетского технологического института упростили процесс получения стеклоуглерода из фенолформальдегидной смолы, добавив к ней небольшой объем углеродных нанотрубок. Таким образом им удалось снизить температуру, при которой конечный материал получает наилучшее сочетание прочности и плотности, примерно на 200 градусов Цельсия. Исследование опубликовано в журнале Journal of Materials Science, также о нем рассказывает издание MIT News.

Углерод известен своей аллотропией, то есть способностью находиться в различных кристаллографических конфигурациях имея одинаковый химический состав. Причем свойства разных его модификаций могут очень сильно отличаться, например, углерод может существовать как в форме мягкого графита, так и в форме твердого алмаза. Не так широко известна его другая форма — стеклоуглерод. Он сочетает в себе высокую твердость и электропроводность, а также относительно низкую плотность. Из-за этих и других свойств его используют в качестве материала для электродов и тиглей.

Обычно стеклоуглерод получают карбонизацией полимеров при высокой температуре. Ученые из MIT решили облегчить получение этого материала с помощью добавки другой формы углерода — нанотрубок. Они синтезировали на подложке массив из многослойных углеродных нанотрубок с диаметром около восьми нанометров. Затем в этот массив заливалась фенолформальдегидная смола. После этого образцы полученного прекурсора выдерживали при различных температурах от 600 до 1400 градусов Цельсия, в результате чего полимер превращался в стеклоуглерод.

Известно, что при повышении температуры процесса размер кристаллитов стеклоуглерода растет до определенной отметки, после чего выходит на «плато». При увеличении размера кристаллита свойства этого материала, а именно твердость и плотность, улучшаются. Выяснилось, что массив нанотрубок влияет на процесс роста кристаллитов, и снижает температуру, при которой рост прекращается на 200 градусов.

В будущем исследователи планируют увеличить долю нанотрубок в исходном сырье с одного процента до 20, и проверить, как это повлияет на процесс получения материала, а также его конечные свойства.

Недавно группа ученых из Китая и США заявила об открытии новой формы углерода. Они подвергли стеклоуглерод давлению в 250 тысяч атмосфер, из-за чего материал образовал графеноподобную структуру, в некоторых местах которой листы углеродных атомов «сшивались» между собой за счет измененной гибридизации. Полученный материал оказался прочным и твердым, но в то же время эластичным.