石墨烯纳米布尔改善压缩气体储存

水稻研究人员推进压缩气体储存

在赖斯大学创造的复合材料几乎不受气气,可能导致汽车压缩天然气的高效存储。用电子显微镜拍摄了65微米宽的聚合物膜,含有微小量的增强石墨烯纳米纳米,即当地气体分子是“曲折”来逃避。信誉:长盛翔/赖斯大学

通过添加修改,单-原子-厚的石墨烯.从纳米带到热塑性聚氨酯,莱斯大学(Rice University)的研究人员已经开发出一种增强的聚合物材料,这种材料对加压气体的渗透性要强得多,而且比目前用于气罐的金属轻得多。

休斯顿 - 米饭大学的发现旨在制造在压缩天然气压缩的车辆更加实用。它也可能延长瓶装啤酒和苏打水的保质期。

莱斯实验室的化学家詹姆斯·图尔(James Tour)对一种聚合物材料进行了改进,使其对加压气体的渗透性大大增强,而且比现在用于储存气体的容器中的金属轻得多。

该组合可能是一个用于汽车行业的呼应,以压力用于市场消费汽车,这些汽车使用更便宜的天然气。它也可以在食品和饮料包装中找到市场。

图尔和他在赖斯、匈牙利、斯洛文尼亚和印度的同事们本周在美国化学学会杂志ACS Nano的在线版中报告了他们的结果yabovip2021

巡回巡回巡回巡回赛说,通过将改性的单原子 - 厚石墨烯纳米(GNRS)加入热塑性聚氨酯(TPU),使气体分子更难以逸出1000倍。这是由于丝带甚至通过材料分散。他说,因为气体分子不能穿透到GNR,所以他们面临着自由的“曲折路径”。

图尔表示,研究人员承认,一块坚固的二维石墨烯薄片可能是阻挡气体的完美屏障,但如此大规模地生产石墨烯尚不可行。

但是石墨烯纳米带已经在那里了。图尔的突破性“解压缩”技术将多壁碳纳米管转化为gnr,该技术首次发表在2009年的《自然》杂志上,现已获准用于工业生产。“这些都是批量生产的,这也应该会让集装箱更便宜,”他说。

石墨烯纳米波尔认为压缩气体储存

电子显微镜图像显示石墨烯纳米带嵌入嵌段共聚物中。莱斯大学发明的这种复合材料有望用于压缩天然气和食品包装。图片来源:旅游团/莱斯大学

研究人员由大米研究生长生Xiang生产复合材料的薄膜通过用十六烷和TPU处理的溶液铸造GNR,是聚氨酯的嵌段共聚物,即硬质和软材料。少量的处理GNR占复合材料重量的0.5%。但是,重叠的200到300纳米宽的丝带分散得很好,使得它们几乎如含有气体分子的大片石墨烯一样有效。Tour表示,GNRS的几何形状使得它们远远优于石墨烯片进行加工成复合材料。

他们在GNR/TPU薄膜的一边放置加压氮气,另一边放置真空,以此测试GNR/TPU薄膜。对于没有gnr的薄膜,当氮气逸入真空室时,压力在大约100秒内降至零。在gnr为0.5%的情况下,压力没有超过1000秒的变化,在超过18小时的时间里仅略有下降。

应激和应变试验还发现0.5%的比例是提高聚合物强度的最佳选择。

“这个想法是增加坦克的韧性,使其不可渗透到天然气。”“随着汽车制造商思考具有天然气的动力汽车,这变得越来越重要。可以在压力下处理天然气的金属罐通常比汽车制造商想要的更重。“

他说,这种材料也有助于解决食品包装中长期存在的问题。

“记住你是个孩子的时候,你会得到一个气球,第二天会萎缩吗?这是因为天然气分子通过橡胶或塑料,“巡回赛说。“科学家花了多年的时间来弄清楚如何为苏打水制作塑料瓶。一旦,除了一个玻璃瓶之外,你就无法在任何玻璃瓶中获得碳酸饮料,直到他们弄清楚如何改变塑料以含有二氧化碳泡沫。甚至现在,瓶装苏打水在几个月后持平。

“啤酒有一个更大的问题,并且在某些方面,这是反向问题,”他说。“氧气分子通过塑料进入并使啤酒变坏。”巡演说,有效不透水的瓶子可能会导致啤酒在架子上保持新鲜的啤酒,这是追求的。

论文的共同作者是莱斯大学的研究生Daniel Hashim, Zheng Yan, Zhiwei Peng, Chih-Chau Hwang, Gedeng ruand Errol Samuel;莱斯校友帕里斯·考克斯;Bostjan Genorio,赖斯大学前博士后研究员,现任斯洛文尼亚卢布尔雅那大学助理教授;Akos Kukovecz,化学副教授,Zóltan Kónya,系主任yabovip2021
匈牙利塞格德大学应用与环境化学系;yabovip2021parbath Sudeep是印度科钦科技大学的研究学者;莱斯大学高级研究员Robert Vajtai;以及莱斯大学机械工程与材料科学和化学班杰明·m·玛丽·格林伍德·安德森教授普利克尔·阿贾扬。yabovip2021Tour是T.T.和W.F. Chao化学讲座教授,同时也是莱斯大学机械工程、材yabovip2021料科学和计算机科学教授。

空军研究实验室通过大学技术公司,海军研究办公室穆里石墨烯计划和科学研究空军办公室穆里计划支持这项研究。

出版: Changsheng Xiang, et al.,“功能化低缺陷石墨烯纳米带和聚氨酯复合膜的性能研究”,ACS Nano, 2013;DOI: 10.1021 / nn404843n

图片:Xiang Changsheng /Rice University;旅行团/莱斯大学

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