Denník N

Z grafénu pripravili výnimočný retardér horenia vo forme peny

Grafénová pena chráni pred ohňom. Foto – ACS
Grafénová pena chráni pred ohňom. Foto – ACS

Nový materiál je natoľko ľahký, že nepoškodí kvet, a zároveň natoľko pevný, že udrží ťažké závažie. Na rozdiel od tradične používaných retardérov navyše nepoškodzuje životné prostredie.

Grafén predstavuje jeden z najčastejšie používaných nanomateriálov, najmä pre svoje zaujímavé vlastnosti. Je totiž miliónkrát tenší než papier, vodivejší než meď a silnejší ako diamant. Ide o plochú 2D štruktúru tvorenú vzájomne poprepájanými atómami uhlíka, ktoré sú usporiadané do šesťuholníkových štruktúr podobných včelím plástom.

Po prvý raz bol pripravený ešte v roku 2003, neskôr bola za jeho objav udelená aj Nobelova cenu za fyziku. Od jeho objavu sa jeho použitie každým dňom rozširuje, zariadenia založené na graféne dokážu filtrovať vodu, merať množstvo glukózy v krvi, vyrobiť tenké žiarovky, či bojovať proti zubným kazom.

Dlhý zoznam použitia tohto zázračného materiálu sa rozšíri o prípravu retardérov horenia. Čínskym a juhokórejským vedcom sa podarilo pripraviť polymérnu penu z fosforu a grafénu, ktorá je navyše veľmi ľahká. Materiál, ktorého prípravu a vlastnosti opísali vo vedeckom žurnále Applied Materials and Interfaces, dokáže udržať závažie ťažké 6 kilogramov, ktoré zároveň nepoškodí lupene ruže.

Prekvapivé zloženie

Retardéry horenia sú materiály, ktoré dokážu spomaliť, zmierniť intenzitu horenia alebo ho úplne zastaviť. Zvyčajne sa na tieto účely používajú anorganické zlúčeniny obsahujúce bróm, tieto sú však často nedostatočne efektívne, či dokonca toxické pre životné prostredie. Vývoj nových a efektívnych materiálov spomaľujúcich horenie je preto viac ako žiaduci. Dôraz sa kladie najmä na také materiály, ktoré neobsahujú toxické halogény.

Skupina profesora Jianxina Genga z Univerzity Čínskej akadémie vied vyvinula materiál na báze polymérnej peny zloženej z polyamidu, ktorý obsahuje malé množstvá grafénu. Okrem toho sa v zmesi nachádza aj pomerne kontroverzná zložka – červený fosfor. Ten je horľavý a používa sa aj na výrobu zápaliek (nachádza sa v škrtacej časti).

Ako to teda funguje? Červený fosfor sa spolu s grafénom vloží do guľového mlynu, ktorý materiál premení na jemné čiastočky veľkosti niekoľko desiatok nanometrov. Kúsky grafénu sú na konci procesu posiate množstvom nanočastíc červeného fosforu.

Počas vystavenia plameňu tieto nanočastice rýchlo zhoria. Fosfor sa teda premení na oxid fosforečný, ktorý na povrchu grafénových čiastočiek vytvorí inertnú ochrannú vrstvu odolnú proti kyslíku. Tým dôjde k ochrane materiálu, ktorý je ukrytý pod ochrannou vrstvou.

Grafén sa v guľovom mlyne zmieša s červeným fosforom. Výsledkom sú nanočastice odolné proti horeniu. Foto – ACS

Možnosť priemyselnej výroby

Výsledná polymérna pena obsahuje iba 2 percentá takýchto grafénovo-fosforových čiastočiek, no aj to je dosť na to, aby bol výsledný materiál odolný proti plameňom.

Aby sa dal materiál použiť aj vo veľkom, musí byť ľahký, pevný a lacný. Všetky tieto vlastnosti sú v prípade polymérnej peny s grafénom splnené.

Materiál je natoľko pevný, že aj malá kocka peny s hranou 5 centimetrov dokáže bez problémov udržať na sebe kadičku s hmotnosťou 6 kilogramov. Štvorcový meter povrchu peny dokáže udržať neuveriteľných 5,6 tony.

Pena je natoľko ľahká, že nepoškodí ani lupienky kvetu, ak sa naň položí. Kocka s hranou jeden centimeter váži iba 16 miligramov.

Táto metóda by sa mala podľa autorov dať jednoducho použiť aj v priemysle, peny na báze polyamidov sa totiž už dnes vyrábajú vo veľkej škále.

Dostupné z doi: 10.1021/acsami.7b06282.

🗳️ Ak chcete podporiť našu prácu pred druhým kolom volieb aj nad rámec predplatného, môžete to urobiť aj darom.🗳️

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].

Technológie

Veda

Teraz najčítanejšie