Сіль і трохи магії: учені знайшли дешевий спосіб зробити карбон вогнетривким

Володіючи неймовірною легкістю, жорсткістю та міцністю, вуглецеве волокно має багато переваг, але навіть у таких чудових матеріалів є свої недоліки. Учені намагалися вирішити проблему займання вуглецевого волокна при високих температурах, і міжнародна група дослідників знайшла недороге та масштабовне вирішення у вигляді захисного покриття зі звичайної кухонної солі.

Про це повідомляє видання Proceedings of the National Academy of Sciences .

Вуглепластик має високу термостійкість і здатний зберігати стабільність при температурі до 800°C. Це робить його незамінним при конструюванні будь-яких видів електротранспорту, виробництві медичного обладнання та смарт-техніки. Однак проблеми можуть виникнути в разі впливу екстремальних температур (наприклад, в аерокосмічній промисловості). У таких умовах карбон вступає в реакцію з киснем і горить, у результаті чого його структура швидко руйнується.

"Одним із недоліків вуглецевих волокон є те, що вони легко згорають, якщо у вас досить висока температура та кисень у великих кількостях, — говорить Юнфен Лу, який очолював команду, що складається з дослідників із Університету Небраски-Лінкольна та Французького інституту хімії конденсованих середовищ (Бордо). — Якби ми могли зробити їх вогнетривкими, це було б чудово".

Учені й раніше займалися розробкою більш вогнестійких форм вуглецевого волокна, але для цього потрібно дороге обладнання. Автори цього дослідження придумали просте та дешеве рішення, в основі якого — розплавлена сіль.

Процес плавлення відбувається при температурі 982°C. Після того, як кристали солі перетворюються в рідину, у суміш додають порошки титану та хрому, перш ніж, як останній штрих, будуть додані вуглецеві волокна. Вступаючи в реакцію, усі вищеперераховані компоненти утворюють захисне покриття з трьох шарів.

Характеристики захисного матеріалу були оцінені в ході експериментів, коли карбон підпалювали киснево-ацетиленовим пальником (1200°C) і при цьому вуглецеві волокна успішно зберігали свою структуру. Вчені виявили, що потрійне покриття, яке складається з карбіду хрому та карбіду титану, забезпечує більший захист, ніж одношарове.

"Ми намагаємося додати поверхневі шари, які можуть відокремити вуглецеві волокна від кисню, щоб навіть при високих температурах вони не згоріли, — говорить Лу. — Вуглепластик використовуються в авіа- й автопромі, у галузі будівництва, виробництва різного роду електроніки, а тому цей матеріал повинен бути максимально безпечним. Але якщо він буде легкозаймистим, це створить величезні ризики та сильно обмежить його застосування".

Учені вважають, що їхній метод захисту карбону досить хороший. У майбутньому вони мають намір з'ясувати, наскільки вогнестійкими є вуглецеві волокна з покриттям у порівнянні зі звичайними і як довго вони зберігають свою структуру та властивості в екстремальних умовах.

Раніше ми повідомляли про те, що розроблений метод швидкого перетворення вуглецю в графен або алмаз.