Im 3D-Druck werden alle Arten von Materialien verwendet Heutzutage verstärkten Kevlar und glasfaserverstärkte Nylons. usw. Aber während es wahr ist, dass Die Festigkeit der Materialien ist wichtig, ebenso wie die innere Struktur des Objekts 3D gedruckt. Kürzlich hat eine Gruppe von Forschern aus der Das MIT entwickelte eines der stärksten und zugleich leichtesten Materialien durch Komprimieren und Schmelzen von Graphenpartikeln.
Bisher hatten Forscher Schwierigkeiten, die zweidimensionale Kraft von Graphen in dreidimensionale Strukturen umzuwandeln. Aber das neue Design vom MIT, a Graphenkonfiguration ähnlich a Schwamm, es kann zehnmal stärker als Stahl sein, mit einer Dichte von nur fünf Prozent.
Die Ergebnisse des MIT-Forschungsteams wurden kürzlich in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht. Der Artikel wurde von Markus Buehler, McAfee-Professor für Ingenieurwesen und Leiter der MIT-Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen (CEE), mitverfasst. CEE wissenschaftlicher Forscher Zhao Qin; Doktorand Gang Seob Jung; Und Min Jeong Kang Meng, Klasse von 2016.
In der Geometrie der Graphenstruktur liegt der Schlüssel
Ihre Ergebnisse zeigen laut MIT, dass "der entscheidende Aspekt der neuen 3D-Formen hat mehr mit seiner ungewöhnlichen geometrischen Konfiguration zu tun als mit dem Material selbst, was darauf hindeutet, dass ähnliche Eigenschaften aus einer Vielzahl von Materialien erhalten werden könnten, wenn wir ähnliche geometrische Eigenschaften verwenden würden. »
Das Team produzierte eine stabile und starke Struktur, die Korallen und mikroskopisch kleinen Kreaturen ähnelt, die als Kieselalgen bekannt sindunter Verwendung einer Kombination aus Wärme und Druck, um kleine Graphenflocken zu komprimieren. Die resultierenden Formen haben im Verhältnis zu ihrem Volumen eine große Oberfläche und sind außerordentlich stark. Sie sehen aus wie Nerfkugeln - sie sind abgerundete Objekte, aber voller Löcher. Diese komplexen Formen sind als Kreisel bekannt.und Bühler sagte, es sei "wahrscheinlich unmöglich", sie mit konventioneller Fertigung herzustellen. Für Labortests verwendete das Team 3D-gedruckte Modelle der Gyroide, die um das Tausendfache ihrer natürlichen Größe vergrößert wurden.
Das Team unterzog die 3D-Modelle verschiedenen mechanischen Zug- und Drucktests und simulierte anhand ihrer theoretischen Modelle das mechanische Verhalten unter Last. In einer unserer Proben haben sie das mit a erhalten 5% der Dichte von Stahl erhalten das 10-fache der Festigkeit des Materials«.
Das 3D-Graphenmaterial, das durch gekrümmte Oberflächen unter Verformung gebildet wird, reagiert wie Papierblätter. Das Papier kann leicht knittern, da es entlang seiner Breite und Länge nicht stark ist. Wenn das Papier jedoch in ein Rohr gerollt wird, ist die Kraft entlang der Länge des Rohrs viel größer. Die geometrische Anordnung der Graphenflocken nach der Behandlung hat eine ähnliche Konfiguration.
Mögliche Anwendungen
Unter den möglichen Anwendungen fällt das auf Mit anderen Materialien entdeckte geometrische Merkmale könnten verwendet werdenwie Polymere oder Metalle, um erhalten ähnliche Festigkeitsvorteile bei geringeren Produktionskosten. Es besteht auch die Möglichkeit, Polymer- oder Metallpartikel als Templat zu verwenden und vor Wärme- und Druckbehandlungen einen chemischen Dampfreservoir zu verwenden, um sie mit Graphen zu bedecken. Anschließend könnte das Polymer oder Metall entfernt werden, um das 3D-Graphen in der Gyroidform zu halten. Diese poröse Geometrie könnte beim Bau großer Strukturen verwendet werdenwie eine Brücke. Aufgrund der Menge des geschlossenen Luftraums würde es sogar eine gute Isolierung für die Brücke bieten.