Το ελαφρύτερο υλικό του κόσμου είναι ελαφρύτερο από τον... αέρα

Είναι 5.000 φορές πιο ελαφρύ από το νερό και 6 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα. Είναι επίσης κατάμαυρο, καλός αγωγός του ηλεκτρισμού και μπορεί να συμπιέζεται και να τεντώνεται χωρίς να χάνει το σχήμα του. Ποιο υλικό είναι; Δεν θα μπορούσε να είναι τίποτα άλλο εκτός από «αερογραφίτης», το ελαφρύτερο υλικό του κόσμου σύμφωνα με τους δημιουργούς του.
Το παράξενο νέο υλικό αποτελείται από μικροσκοπικούς σωλήνες άνθρακα με πορώδη τοιχώματα, οι οποίοι σχηματίζουν ένα τρισδιάστατο πλέγμα στο επίπεδο των μικρομέτρων και των νανομέτρων. Όπως αναφέρουν οι Γερμανοί δημιουργοί του στην επιθεώρηση Advanced Materials, o αερογραφίτης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ηλεκτρόδια προκειμένου να μειωθεί το βάρος των μπαταριών ιόντων λιθίου. Θα μπορούσε επίσης να αξιοποιηθεί σε αντικραδασμικά ηλεκτρονικά κυκλώματα για αεροπλάνα και δορυφόρους, ή ακόμα και για το φιλτράρισμα του πόσιμου νερού.

H εσωτερική δομή του αερογραφίτη στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Το μεγαλύτερο μέρος είναι κενός χώρος. Ο αερογραφίτης, υπερηφανεύονται οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κιέλου και του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Αμβούργου, εκθρονίζει ένα υλικό από μικροσωλήνες νικέλιου που είχε παρουσιαστεί ως το ελαφρύτερο υλικό του κόσμου πριν από μερικούς μήνες. Ο αερογραφίτης είναι ελαφρύτερος αφενός επειδή ο άνθρακας έχει μικρότερη ατομική μάζα, αφετέρου επειδή αποτελείται από σωλήνες με πορώδη τοιχώματα. Το νέο υλικό έχει πυκνότητα 0,2 milligram ανά κυβικό εκατοστό, συγκριτικά με 1.000 milligram ανά κυβικό εκατοστό για το νερό στους 4 βαθμούς Κελσίου.

Είναι ελαφρύτερο ακόμα και από τον αέρα, ο οποίος έχει πυκνότητα 1,2 milligram ανά κυβικό εκατοστό στο επίπεδο της θάλασσας και στους 15 βαθμούς Κελσίου. Αυτό βέβαια δεν σημαίνει ότι ο αερογραφίτης πετάει όπως ένα μπαλόνι γεμάτο από αέριο ήλιο -στον υπολογισμό της πυκνότητάς του δεν λαμβάνεται υπόψη ο κενός χώρος ανάμεσα στα σωληνάρια άνθρακα, ο οποίος γεμίζει με αέρα και αυξάνει έτσι το βάρος του υλικού. «Μπορεί κανείς να φανταστεί τον αερογραφίτη σαν αναρριχητικό κισσό που έχει τυλίξει ένα δέντρο. Αν απομακρύνετε το δέντρο, αυτό που μένει είναι ο αερογραφίτης» εξηγεί ο Ράινερ Άντελουνγκ, μέλος της ερευνητικής ομάδας στο Κίελο.

Για να δημιουργήσουν τον αερογραφίτη, οι ερευνητές δημιούργησαν αρχικά μια «σκαλωσιά» πάνω στην οποία τυλίχτηκαν οι σωλήνες άνθρακα, όπως ο κισσός τυλίγει το δέντρο. Η σκαλωσιά δημιουργήθηκε με θέρμανση μιας σκόνης οξειδίου του ψευδαργύρου, έτσι ώστε να σχηματιστεί ένα κρυσταλλικό υλικό. Η σκαλωσιά αυτή τοποθετήθηκε στη συνέχεια μέσα σε έναν κλίβανο στους 760 βαθμούς Κελσίου και εκτέθηκε σε ένα ρεύμα χημικού ατμού άνθρακα και υδρογόνου. Ο άνθρακας επικάθισε πάνω στη σκαλωσιά και σχημάτισε ένα στρώμα από πορώδεις σωλήνες, ενώ το υδρογόνο αντέδρασε με το οξυγόνο του οξειδίου του ψευδαργύρου, με αποτέλεσμα να απομακρυνθεί ο ψευδάργυρος υπό τη μορφή ατμού.

Όπως επισημαίνουν οι ερευνητές, η διαδικασία μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να δημιουργηθούν νέες μορφές αερογραφίτη με χαρακτηριστικά κατάλληλα για εξειδικευμένες εφαρμογές. Το εντυπωσιακό είναι ότι, παρά την αβάσταχτη ελαφρότητά του, ο αερογραφίτης ανακτά το σχήμα του ακόμα και αν τεντωθεί ή συμπιεστεί στο 25% του αρχικού του όγκου. Αν κανείς λάβει υπόψη και την άριστη ηλεκτρική αγωγιμότητα και το παράξενο, κατάμαυρο χρώμα, ο αερογραφίτης δεν μοιάζει με κανένα υλικό που γνωρίζουμε από τη φύση.