Hoppa direkt till innehållet
printicon
Huvudmenyn dold.
Publicerad: 20 jun, 2018

Material blir större av högt tryck

NYHET Om du utsätter ett material för högt tryck blir det mindre, eller? Ett internationellt fysikerteam visar nu att grafitoxid kan bli närmare 30 procent större om det sänks ner i vatten och samtidigt utsätts för ett högt tryck. Det finns inga rapporter om andra material som uppvisar en sådan extrem volymökning.

Vanligt sunt förnuft säger att en fast kropp blir mindre om den utsätts för ett yttre tryck, ta till exempel uttjänade bilar som pressas ihop på skroten. Detta är också sant för de allra flesta material, men vissa material expanderar paradoxalt nog när de utsätts för ett yttre tryck i en vätska. Fenomenet är väldigt ovanligt och sedan tidigare känt hos några typer av zeoliter, mineralpartiklar som tillsätts i tvättmedel för att göra vattnet mjukare och öka tvätteffekten. Mysteriet förklaras med att vatten förs in i materialets porer under högt tryck och det resulterar i att strukturen kan expandera samtidigt som den totala densiteten ökar.

En ny studie, genomförd av ett internationellt forskningsteam från Sverige, Tyskland, Frankrike och Ungern, rapporterar nu om upptäckten av en ny familj av material som expanderar under höga tryck. Det handlar om grafitoxid.
– Grafitoxid som sänks ned i vatten visar upp en extraordinär expansion av sin struktur när det utsätts för ett tryck på 1,3–1,5 Gigapascal. Volymen ökar då med hela 28–30 procent. Det är ungefär fem gånger så mycket som för något annat tidigare rapporterat material, säger Alexandr Talyzin, forskarassistent vid Institutionen för fysik, Umeå universitet.

Artikeln är publicerad i Angewandte Chemie, Int. Edition och Nature Nanotechnology uppmärksammar den som en “highlight” denna vecka.

Grafitoxid är uppdelat i många lager, precis som den vanliga grafiten som används till blyerts, men det är ett större avstånd mellan lagren i grafitoxid. Strukturen är dock inte helt kartlagd även om materialet blev känt för över 150 år sedan. Det är troligtvis också därför som ingen tidigare studerat hur detta material beter sig vid höga tryck. – Till skillnad från vanlig grafit absorberar grafitoxid lätt vatten i utrymmet mellan de olika lagren. Vi har upptäckt att om det finns tillrackligt med vatten nära provet, pressas vatten gradvis in mellan dessa lager av det höga trycket och strukturen expanderar, berättar Alexandr Talyzin. Den extra mängden vatten frigörs också från strukturen när trycket minskar:
– När vi lättade på trycket fick vi en helt unik ”utandningseffekt”, fortsätter Alexandr Talyzin.

Det upptäckta fenomenet beror mest troligt på att vattnet interagerar med de lager som finns i grafitoxid och på de ovanliga egenskaper hos vatten som gör att det kan pressas in i utrymmen som bara har en storlek på någon nanometer. Men, detaljerade förklaringar saknas fortfarande, och många frågor behöver bli besvarade i fortsatta studier. Upptäckten öppnar dörrar i jakten på nya material som expanderar under höga tryck, och som har strukturer som liknar grafitoxidens struktur. Möjliga tillämpningar av sådana material är bland annat till olika sköldar och pansar, och kanske material som ändrar struktur och kan "öppnas" för att andas om fuktigheten ökar.

Artikeln har titeln ”Colossal Pressure-Induced Lattice Expansion of Graphite Oxide in the Presence of Water” och finns att läsa på: www3.interscience.wiley.com/journal/121414010/abstract

För ytterligare information, kontakta: Dr. A.V. Talyzin, institutionen för fysik, Umeå universitet Telefon: 090-786 63 20
E-post: alexandr.talyzin@physics.umu.se

Redaktör: Karin Wikman