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石墨烯纳米带改善压缩气体储存

莱斯大学创建的复合材料几乎不受天然气的影响,可能会为车辆提供有效的压缩天然气储存。一块65微米宽的聚合物薄膜,用电子显微镜边缘拍摄,含有少量增强的石墨烯纳米带,使气体分子呈现曲折的逃逸路径。图片来源:ChangshengXiang/RiceUniversity

通过在热塑性聚氨酯中加入改性的单原子厚石墨烯纳米带,莱斯大学的研究人员开发出一种增强型聚合物材料,它对加压气体更加不透气,而且重量更轻休斯顿莱斯大学的一项发现旨在使用压缩天然气运行的车辆更加实用,而不是现在使用的油箱中的金属。

休斯顿它也可能延长瓶装啤酒和苏打水的保质期。

化学家詹姆斯·莱恩的莱斯实验室已经增强了一种聚合物材料,使其对加压气体更加不透气,并且比现在的坦克中的金属轻得多用来储存天然气。

这种组合可能对汽车行业有利,因为它可以推动使用更便宜天然气的消费者汽车。它还可以在食品和饮料包装领域找到一个市场。

Tour和他在莱斯以及匈牙利,斯洛文尼亚和印度的同事本周在美国化学学会期刊ACSNano的网络版上报告了他们的结果。

通过将改性的单原子厚石墨烯纳米带(GNRs)添加到热塑性聚氨酯(TPU)中,Rice实验室使气体分子难以逃逸1000倍,Tour说。这是由于色带均匀分散在材料中。他说,由于气体分子不能穿透GNR,它们面临着通往自由的曲折道路。研究人员承认,一块坚固的二维石墨烯片可能是完美的气体屏障,但是Tour表示,大量生产石墨烯尚不实用。

石墨烯纳米带已经存在。2009年在自然界首次发布的,将多壁碳纳米管转变为GNR的巡回突破解压技术已获得工业生产许可。他说,这些产品是散装生产的,也应该使容器更便宜。

电子显微镜图像显示嵌入嵌段共聚物中的石墨烯纳米带。莱斯大学创建的复合材料有望含有压缩天然气和食品包装。图片来源:旅游集团/莱斯大学

由赖斯研究生ChangshengXiang领导的研究人员用十六烷和TPU(一种聚氨酯嵌段共聚物)制成的溶液浇铸GNR生产复合材料薄膜材料。少量处理过的GNR占复合材料重量的不超过0.5%。但重叠的200至300纳米宽的色带分散得如此之好,以至于它们几乎与含有气体分子的大片石墨烯一样有效。Tour表示,GNR几何结构使得它们比石墨烯片更好地加工成复合材料。

他们通过在一侧加压氮气和在另一侧加真空来测试GNR/TPU薄膜。对于没有GNR的薄膜,当氮气逃逸到真空室中时,压力在大约100秒内降至零。当GNR为0.5%时,压力不超过1,000秒,并且仅在18小时内略有下降。

应力和应变测试还发现0.5%的比率对于提高聚合物强度是最佳的。

(责任编辑:江苏福彩)

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