에어브러쉬를 하는 새로운 방법 03.05.2015

가볍고 무게가 없는 것에 대해 이야기할 때 우리는 종종 "공기"라는 형용사를 사용합니다. 그러나 공기는 작지만 여전히 질량이 있습니다. XNUMX 입방 미터의 공기 무게는 킬로그램이 조금 넘습니다. 예를 들어 입방 미터를 차지하지만 동시에 무게가 킬로그램 미만인 고체 재료를 만드는 것이 가능합니까? 이 문제는 에어로겔의 발명자로 알려진 미국의 화학자이자 엔지니어인 Stephen Kistler에 의해 지난 세기 초에 해결되었습니다.

에어브러시의 3D 프린팅 매크로 구조는 "그래핀" 특성을 잃지 않으면서 고유한 기계적 특성을 제공합니다. 크레딧: Ryan Chen/LLNL에어브러시된 에어브러시의 3D 인쇄된 매크로 구조는 "그래핀" 특성을 잃지 않으면서 고유한 기계적 특성을 제공합니다.

아마도 많은 사람들에게 "젤"이라는 단어와 관련된 첫 번째 연관성은 일종의 화장품 또는 가정용 화학 물질과 관련이 있습니다. 실제로 겔은 액체가 있는 공극에 일종의 골격인 거대 분자의 XNUMX차원 네트워크로 구성된 시스템을 나타내는 완전히 화학 용어입니다. 이 분자 구조로 인해 동일한 샤워 젤이 손바닥에 퍼지지 않고 실질적인 형태를 취합니다. 그러나 그러한 일반 젤을 공기처럼 부를 수는 없습니다. 대부분을 구성하는 액체는 공기보다 거의 천 배나 무겁습니다. 이것은 실험자들이 초경량 물질을 만드는 방법에 대한 아이디어를 생각해 낸 곳입니다.

액체 젤을 가져 와서 어떤 식 으로든 물을 제거하고 공기로 바꾸면 결과적으로 젤에 골격 만 남아 경도를 제공하지만 동시에 무게는 거의 없습니다. 이 물질을 에어로겔이라고 합니다. 1930년에 발명된 이래 가장 가벼운 에어로젤을 만들기 위해 화학자들 사이에서 일종의 경쟁이 시작되었습니다. 오랫동안 이산화규소를 기반으로 한 재료가 주로 사용되었습니다. 이러한 실리콘 에어로겔의 밀도는 입방 센티미터당 0,18분의 3에서 0,16분의 3그램까지 다양했습니다. 탄소나노튜브가 재료로 사용되기 시작했을 때, 에어로겔의 밀도는 거의 160배 정도 감소했습니다. 예를 들어, 에어그라파이트의 밀도는 XNUMX mg/cmXNUMX였습니다. 현재까지 가장 가벼운 고체 물질의 손바닥은 에어브러시에 속하며 밀도는 XNUMXmg/cmXNUMX에 불과합니다. 명확성을 위해 에어브러시 종이로 만든 미터 큐브의 무게는 XNUMXg으로 공기보다 XNUMX배 가볍습니다.

그러나 화학자들은 스포츠에 대한 관심뿐만 아니라 에어로겔의 재료로 그래핀이 우연히 사용되기 시작했습니다. 그래핀 자체는 평평한 구조로 인해 많은 고유한 특성을 가지고 있습니다. 다른 한편으로, 에어로겔은 또한 물질 3g당 수백, 수천 평방미터에 달하는 거대한 비표면적을 갖는 특별한 특성을 가지고 있습니다. 이러한 거대한 영역은 재료의 높은 다공성으로 인해 발생합니다. 화학자들은 이미 그래핀의 특정 특성과 에어로겔의 독특한 구조를 결합하는 데 성공했지만, 리버모어 국립 연구소의 연구원들도 어떤 이유로 에어브러시를 만들기 위해 XNUMXD 프린터가 필요했습니다.

에어로겔을 인쇄하려면 먼저 산화 그래핀을 기반으로 한 특수 잉크를 만들어야 했습니다. 에어브러시를 사용해야 한다는 사실 외에도 이러한 잉크는 3D 인쇄에 적합해야 합니다. 이 문제를 해결한 후 화학자들은 원하는 마이크로 아키텍처로 에어브러시를 생산할 수 있는 방법을 손에 넣었습니다. 그래핀 고유의 특성 외에도 이러한 재료는 흥미로운 물리적 특성을 갖기 때문에 이는 매우 중요합니다. 예를 들어, 연구의 저자가 받은 샘플은 놀라울 정도로 탄성이 있는 것으로 나타났습니다. 에어브러시 큐브는 재료에 해를 끼치지 않고 XNUMX번 압축할 수 있지만 반복적인 압축 스트레칭 중에도 특성을 잃지 않았습니다.

반복적으로 압축하는 기능은 인쇄된 에어브러시를 "일반적인" 방법으로 얻은 것과 구별합니다. 새로운 에어브러시의 실제 적용 중 하나는 유연한 전기 배터리가 될 수 있으며, 여기서 재료의 넓은 내부 표면은 전극으로 사용되는 반면 인쇄된 구조는 원하는 유연성을 제공합니다.