Selbst

Bericht vom 7. Mai 2021

von Bob Yirka, Phys.org

Ein Forscherteam der Zhejiang-Universität, der Xi'an Jiaotong-Universität und der Monash-Universität hat eine Möglichkeit entwickelt, mehrere Graphenoxidstränge zu einem dicken Kabel zu binden. In ihrem in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Artikel beschreibt die Gruppe ihr Verfahren und mögliche Verwendungsmöglichkeiten dafür. Rodolfo Cruz-Silva und Ana Laura Elías von der Shinshu University und der Binghamton University haben in derselben Ausgabe einen Perspectives-Artikel veröffentlicht, in dem sie die Arbeit der Forscher skizzieren und erklären, warum sie glauben, dass sich die Technik bei Fertigungsbemühungen als nützlich erweisen könnte.

In den letzten Jahren haben Materialwissenschaftler die Möglichkeit untersucht, Produkte durch vollständige oder teilweise Selbstorganisation herzustellen, um sie schneller oder zu geringeren Kosten herzustellen. In biologischen Systemen, in denen sich zwei Materialien selbst zu einem dritten Material zusammenfügen, beschreiben Wissenschaftler dies als einen Fusionsprozess, indem sie die Terminologie aus der Physik übernehmen. Wenn sich also ein einzelnes Material spontan in zwei oder mehr andere Materialien trennt, spricht man von einem Spaltungsprozess. Im Rahmen dieser neuen Anstrengung haben die Forscher eine Technik zur Herstellung von Garn auf Graphenoxidbasis entwickelt, die beide Prozesse nutzt.

Die Arbeit des Teams ist sehr einfach. Sie stellten mehrere Graphenoxidstränge her und tauchten sie dann 10 Minuten lang in eine Lösungsmittellösung. Wenn die Stränge aus der Lösung gezogen wurden, verbanden sie sich und bildeten eine Schnur oder einen einzelnen Garnstrang. Sie entwickelten auch eine Möglichkeit, den Prozess umzukehren – indem sie den Garnstrang in eine andere Lösungsmittellösung eintauchen.

Die Technik funktioniert, weil die Graphenoxidstränge anschwellen, wenn sie in die Lösung gegeben werden. Dadurch werden die Flocken, aus denen die äußere Schicht jeder Faser besteht, dazu gezwungen, sich dichter zusammenzupacken, was zu einer Art Haut führt. Wenn das Strangbündel aus der Lösung entfernt wird, zieht die Oberflächenspannung die Stränge zu einer zylindrischen Form zusammen. Die neu entstandene Schnur trocknet, wodurch sich die Fasern verbinden. Durch das Eintauchen der Schnur in die zweite Lösung werden die Stränge entspannt, die Bindungen aufgebrochen und sie wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht. Cruz-Silva und Laura Elías schlagen vor, dass sich das Verfahren bei der Herstellung komplexer Architekturen als nützlich erweisen könnte.

Mehr Informationen: Dan Chang et al. Reversible Fusion und Spaltung von Fasern auf Graphenoxidbasis, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abb6640

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