Пресс-служба РАН: Химия и науки о материалах

Сотрудники Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук нашли способ укрепить аэрогели оксида графена, которые обычно разрушаются при контакте с водой. Обработка парами глутарового альдегида при 50–55 °С создаёт химические мостики между листами материала: аэрогель сохраняет форму, пористость и высокую влагоёмкость. Результаты опубликованы в Physica Scripta.

Аэрогели оксида графена — лёгкие, пористые и очень влагоёмкие материалы, однако при контакте с водой их монолитная структура разрушается. Исследователи обрабатывали монолитные цилиндры аэрогеля парами глутарового альдегида при температуре 50–55 °С в течение нескольких суток. Расчёт был на то, что глутаровый альдегид образует химические мостики между соседними листами оксида графена: это должно было не дать слоям разойтись в воде, но при этом не закрыть поры, отвечающие за впитывание.

Химический анализ подтвердил, что сшивка действительно произошла. После погружения в воду исходный образец, как и ожидалось, разрушился, а обработанный — впитал воду и остался целым. Сорбционная ёмкость оказалась высокой: 35 г воды на грамм материала в первом цикле и 38,3 г/г к четвёртому циклу. По словам авторов, многие современные аэрогели на основе полисахаридов и композитов показывают заметно более скромные значения.

Отдельно оценили механическую прочность. Для сравнения «в лоб» использовали образцы, выдержанные в парах глутарового альдегида всего четыре часа: за пять суток обработки цилиндр терял исходную геометрию и превращался в конус. Исходный аэрогель разрушался под грузом 100 г, а обработанный выдерживал 150 г. Расчётная прочность на сжатие составила ниже 0,0039 МПа для исходного материала и выше 0,0058 МПа для сшитого. Хотя разница в абсолютных цифрах не выглядит огромной, сам факт заметного упрочнения после четырёх часов обработки говорит о перспективности подхода.

Авторы отмечают, что сочетание высокой сорбционной ёмкости, быстрого впитывания и сохранения формы делает обработанный аэрогель интересным кандидатом для интерфейсных применений.