Uhlíkový materiál odolávající plamenům s teplotou až 1500 °C se podařilo vytvořit multioborovému týmu fyziků a chemiků z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR. Na odstínění takto vysoké teploty přitom stačí pouhý milimetr materiálu. Nový porézní grafenový aerogel dočasně odolá různým typům vysokoteplotních plamenů, včetně velmi reaktivního vodíkového.
Vědcům se vytvořením speciální 3D porézní struktury povedlo zvýšit teplotní odolnost grafenu o neuvěřitelných 1000 °C. Atomárně tenké vrstvy uhlíku, tedy grafen, vykazují běžně teplotní stabilitu v plamenu do 550 °C, což je pro srovnání přibližně teplota zapálení většiny dnes užívaných plastů, která se pohybuje mezi 400 až 500 °C.
Nový uhlíkový materiál odolávající plamenům s teplotou až 1500 °C
„V běžném životě se setkáváme s ochrannými nátěry a chemickými úpravami, které zpomalují hoření, avšak poskytují pouze dočasnou prevenci, protože nemění přirozené vlastnosti ochraňovaného materiálu. Materiálů, které vydrží obdobně vysokou teplotu při požáru, existuje velmi málo. Náš materiál toto dokáže. Navíc je velmi lehký, pružný a má nízkou tepelnou vodivost,“ vysvětluje přednosti nového aerogelu Jiří Červenka, vedoucí vědeckého týmu z Fyzikálního ústavu.
Pevný jako ocel, pružný jako tkanina
Předností nového materiálu je nejen jeho velmi nízká hustota (ta je pouze 6× vyšší než vzduchu), ale také jeho pevnost srovnatelná s ocelí a především pružnost. Aerogel může být stlačen na více než 90% původní velikosti díky své unikátní porézní buněčné struktuře a navzájem pevně propojených grafenových vrstev.
„Materiál by mělo být možné použít i jako vrchní vrstvu nehořlavého obleku, který by odolal vysoké teplotě a zároveň by výborně tepelně izoloval,“ vysvětluje spoluautor výzkumu Martin Šilhavík a dodává: „Podobného principu, který byl použit u grafenového aerogelu, lze navíc využít i u jiných materiálů.“
Vlastní odolnost grafenového aerogelu proti ohni je založena na jeho samozhášecím mechanismu, který způsobuje zaplnění pórů aerogelu oxidem uhličitým. Právě jeho přítomnost v materiálu zabraňuje vznícení jednotlivých grafenových rovin. Tento princip je velmi podobný systému, na kterém fungují CO2 hasicí přístroje.
Teplota vznícení jednotlivých materiálů:
dřevo max 400°C,
bavlna 450°C (jako oblečení),
plast max. 500°C
teplota tání skla (800°C),
ocel (1300°C),
cihly (1200°C)
Zdroj: https://www.hzscr.cz/soubor/kniha-zpp-ptch-pdf.aspx
Článek byl publikován v prestižním časopise ACS Nano:
Martin Šilhavík, Prabhat Kumar, Zahid Ali Zafar, Robert Král, Petra Zemenová, Alexandra Falvey, Petr Jiříček, Jana Houdková, and Jiří Červenka, High-Temperature Fire Resistance and Self-Extinguishing Behavior of Cellular Graphene, ACS Nano 2022, 16, 11, 19403–19411. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09076