Alle slags materialer bruges i 3D-udskrivning i disse dage forstærkede Kevlar og fiberglas nylon. etc. Men mens det er sandt, at materialernes styrke er vigtig, det samme er objektets indre struktur 3D trykt. For nylig har en gruppe forskere fra MIT udviklede et af de stærkeste, men alligevel letteste materialer ved komprimering og smeltning af grafenpartikler.
Indtil nu har forskere haft svært ved at konvertere grafens todimensionale kraft til tredimensionelle strukturer. Men det nye design fra MIT, a grafenkonfiguration svarende til en svamp, det kan være ti gange stærkere end stål med en tæthed på kun fem procent.
MIT-forskergruppens resultater blev for nylig rapporteret i tidsskriftet Science Advances. Artiklen blev medforfatter af Markus Buehler, McAfee-professor i teknik og leder af MIT's Institut for Civil- og Miljøteknik (CEE); CEE videnskabelig forsker Zhao Qin; Kandidatstuderende Gang Seob Jung; Og Min Jeong Kang Meng, klasse 2016.
I geometrien af grafen er strukturen nøglen
Deres fund viser ifølge MIT, at "det afgørende aspekt af de nye 3D-former har mere at gøre med sin usædvanlige geometriske konfiguration end med selve materialet, hvilket tyder på, at lignende egenskaber kunne opnås fra en række forskellige materialer, hvis vi brugte lignende geometriske egenskaber. »
Holdet producerede en stabil og stærk struktur, der ligner koraller og mikroskopiske skabninger kendt som diatomerved hjælp af en kombination af varme og tryk til komprimering af små grafenflager. De resulterende former har et enormt overfladeareal i forhold til deres volumen og er ekstraordinært stærke. De ligner Nerf-kugler - de er afrundede genstande, men fulde af huller. Disse komplekse former er kendt som gyroider.og Buehler sagde, at det "sandsynligvis er umuligt" at skabe dem ved hjælp af konventionel fremstilling. Til laboratorietest brugte teamet 3D-trykte modeller af gyroiderne, forstørret tusinder af gange deres naturlige størrelse.
Holdet udsatte 3D-modellerne for forskellige mekaniske træk- og kompressionstest ved hjælp af deres teoretiske modeller til at simulere det mekaniske respons under belastning. I en af vores prøver opnåede de det med en 5% af den opnåede ståltæthed 10 gange styrken af materialet".
3D-grafenmaterialet, dannet af buede overflader under deformation, reagerer som papirark. Papiret kan let krølles, fordi det ikke er stærkt i bredden og længden. Men når papiret rulles ind i et rør, er kraften langs rørets længde meget større. Grafens flageres geometriske placering efter behandling har en lignende konfiguration.
Mulige anvendelser
Blandt de mulige applikationer skiller det sig ud geometriske træk opdaget med andre materialer kunne bruges, såsom polymerer eller metaller, for at opnå lignende styrkefordele til lavere produktionsomkostninger. Der er også mulighed for at bruge polymer- eller metalpartikler som skabeloner ved hjælp af et kemisk dampreservoir før varme- og trykbehandlinger til at dække dem med grafen. Derefter kunne polymeren eller metallet fjernes for at holde 3D-grafen i gyroidform. Denne porøse geometri kunne bruges ved opførelse af store strukturer, som en bro. Det ville endda give god isolering til broen på grund af mængden af lukket luftrum.