Sve vrste materijala koriste se u 3D štampi ovih dana najlonke ojačane kevlarom i stakloplastikom. itd. Ali iako je istina da važna je čvrstoća materijala, kao i unutrašnja struktura predmeta 3D štampan. Nedavno je grupa istraživača iz MIT je razvio jedan od najjačih, ali najlakših materijala komprimovanjem i topljenjem čestica grafena.
Do sada su istraživači imali poteškoća s pretvaranjem dvodimenzionalne sile grafena u trodimenzionalne strukture. Ali novi dizajn sa MIT-a, a grafenska konfiguracija slična a spužva, može biti deset puta jača od čelika, sa gustinom od samo pet posto.
Nalazi istraživačkog tima sa MIT-a nedavno su objavljeni u časopisu Science Advances. Članak je napisao u koautorstvu Markus Buehler, profesor inženjerstva McAfee i šef MIT-ovog Odjela za građevinarstvo i inženjerstvo okoliša (CEE); Naučni istraživač iz CIE Zhao Qin; Diplomirani student Gang Seob Jung; I Min Jeong Kang Meng, klasa 2016.
U geometriji grafenske strukture je ključ
Njihova otkrića, prema MIT-u, otkrivaju da je "presudan aspekt novih 3D oblika ima više veze sa njegovom neobičnom geometrijskom konfiguracijom nego sa samim materijalom, što sugerira da bi se slična svojstva mogla dobiti iz različitih materijala upotrebom sličnih geometrijskih karakteristika. »
Tim je izradio a stabilna i snažna struktura koja podsjeća na koralje i mikroskopska bića poznata kao dijatomeji, koristeći kombinaciju toplote i pritiska za sabijanje malih pahuljica grafena. Rezultirajući oblici imaju ogromnu površinu srazmjerno njihovoj zapremini i izuzetno su jaki. Izgledaju poput Nerf lopti - zaobljeni su predmeti, ali puni rupa. Ovi složeni oblici poznati su kao žiroidi., a Buehler je rekao da je "vjerovatno nemoguće" stvoriti ih pomoću konvencionalne proizvodnje. Za laboratorijske testove, tim je koristio 3D štampane modele žiroida, uvećane hiljadama puta od njihove prirodne veličine.
Tim je 3D modele podvrgao raznim ispitivanjima mehaničkog vlačenja i kompresije koristeći svoje teorijske modele za simulaciju mehaničkog odziva pod opterećenjem. U jednom od naših uzoraka to su dobili pomoću a 5% gustine čelika dobivenog 10 puta većom od čvrstoće navedenog materijala".
3D grafenski materijal, formiran zakrivljenim površinama pod deformacijom, reagira poput listova papira. Papir se lako može naborati jer nije jak po svojoj širini i dužini. Ali kada se papir smota u cijev, sila duž cijevi cijevi je mnogo veća. Geometrijski raspored grafenskih pahuljica nakon obrade ima sličnu konfiguraciju.
Moguće primjene
Među mogućim aplikacijama izdvaja se to mogu se koristiti geometrijske karakteristike otkrivene drugim materijalima, kao što su polimeri ili metali, da bi se dobiti slične prednosti čvrstoće uz niže troškove proizvodnje. Takođe postoji mogućnost upotrebe čestica polimera ili metala kao uzoraka, upotrebom rezervoara hemijske pare pre tretmana toplotom i pritiskom da ih pokrijemo grafenom. Nakon toga, polimer ili metal mogu se ukloniti kako bi se 3D grafen zadržao u žiroidnom obliku. Ova porozna geometrija mogla bi se koristiti pri gradnji velikih konstrukcija, poput mosta. Čak bi pružio dobru izolaciju za most, zbog količine zatvorenog zračnog prostora.