Όλα τα είδη υλικών χρησιμοποιούνται στην εκτύπωση 3D αυτές τις μέρες, τα νάιλον ενισχυμένα με Kevlar και fiberglass. και τα λοιπά. Αλλά ενώ είναι αλήθεια αυτό η αντοχή των υλικών είναι σημαντική, όπως και η εσωτερική δομή του αντικειμένου Τρισδιάστατη εκτύπωση. Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Το MIT ανέπτυξε ένα από τα ισχυρότερα και ελαφρύτερα υλικά με συμπίεση και τήξη σωματιδίων γραφενίου.
Μέχρι τώρα, οι ερευνητές είχαν δυσκολία στη μετατροπή της δισδιάστατης δύναμης του γραφενίου σε τρισδιάστατες δομές. Αλλά το νέο σχέδιο από το MIT, a διαμόρφωση γραφενίου παρόμοια με α σφουγγάρι, μπορεί να είναι δέκα φορές ισχυρότερο από το χάλυβα, με πυκνότητα μόνο πέντε τοις εκατό.
Τα ευρήματα της ερευνητικής ομάδας του MIT αναφέρθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Science Advances. Το άρθρο συν-συγγραφέας από τον Markus Buehler, καθηγητή μηχανικής McAfee και επικεφαλής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος του MIT (CEE). Επιστημονικός ερευνητής του CEE Zhao Qin; Μεταπτυχιακός φοιτητής Gang Seob Jung; Και Min Jeong Kang Meng, τάξη του 2016.
Στη γεωμετρία της δομής Graphene είναι το κλειδί
Τα ευρήματά τους, σύμφωνα με το MIT, αποκαλύπτουν ότι "η κρίσιμη πτυχή των νέων τρισδιάστατων σχημάτων έχει να κάνει περισσότερο με την ασυνήθιστη γεωμετρική του διαμόρφωση παρά με το ίδιο το υλικό, υποδηλώνοντας ότι παρόμοιες ιδιότητες θα μπορούσαν να ληφθούν από μια ποικιλία υλικών εάν χρησιμοποιούσαμε παρόμοια γεωμετρικά χαρακτηριστικά. »
Η ομάδα παρήγαγε ένα σταθερή και ισχυρή δομή που μοιάζει με κοράλλια και μικροσκοπικά πλάσματα γνωστά ως διάτομα, χρησιμοποιώντας συνδυασμό θερμότητας και πίεσης για τη συμπίεση μικρών νιφάδων γραφενίου. Τα προκύπτοντα σχήματα έχουν τεράστια επιφάνεια ανάλογα με τον όγκο τους και είναι εξαιρετικά ισχυρά. Μοιάζουν με μπάλες Nerf - είναι στρογγυλεμένα αντικείμενα, αλλά γεμάτα τρύπες. Αυτά τα πολύπλοκα σχήματα είναι γνωστά ως γυροειδή., και ο Buehler είπε ότι είναι "πιθανώς αδύνατο" να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας συμβατική κατασκευή. Για εργαστηριακές δοκιμές, η ομάδα χρησιμοποίησε τρισδιάστατα τυπωμένα μοντέλα των γυροειδών, μεγέθυνση χιλιάδων φορές το φυσικό τους μέγεθος.
Η ομάδα υπέβαλε τα μοντέλα 3D σε διάφορες μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού και συμπίεσης, χρησιμοποιώντας τα θεωρητικά τους μοντέλα για την προσομοίωση της μηχανικής απόκρισης υπό φορτίο. Σε ένα από τα δείγματά μας το πήραν με ένα Το 5% της πυκνότητας του χάλυβα έλαβε 10 φορές την αντοχή του εν λόγω υλικού".
Το υλικό 3D γραφενίου, που σχηματίζεται από καμπύλες επιφάνειες υπό παραμόρφωση, αντιδρά σαν φύλλα χαρτιού. Το χαρτί μπορεί να τσαλακωθεί εύκολα, επειδή δεν είναι ισχυρό κατά το πλάτος και το μήκος του. Αλλά όταν το χαρτί τυλίγεται σε σωλήνα, η δύναμη κατά μήκος του σωλήνα είναι πολύ μεγαλύτερη. Η γεωμετρική διάταξη των νιφάδων γραφενίου μετά την επεξεργασία έχει παρόμοια διαμόρφωση.
Πιθανές εφαρμογές
Μεταξύ των πιθανών εφαρμογών, ξεχωρίζει αυτό Θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν γεωμετρικά χαρακτηριστικά που ανακαλύφθηκαν με άλλα υλικά, όπως πολυμερή ή μέταλλα, για να αποκτήστε παρόμοια πλεονεκτήματα αντοχής με χαμηλότερο κόστος παραγωγής. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα χρήσης σωματιδίων πολυμερούς ή μετάλλου ως πρότυπα, χρησιμοποιώντας δεξαμενή χημικών ατμών πριν από θερμικές και πιεστικές επεξεργασίες για την κάλυψή τους με γραφένιο. Στη συνέχεια, το πολυμερές ή το μέταλλο θα μπορούσαν να αφαιρεθούν για να διατηρηθεί το τρισδιάστατο γραφένιο σε μορφή γυροειδούς. Αυτή η πορώδης γεωμετρία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί κατά την κατασκευή μεγάλων κατασκευώνσαν γέφυρα. Θα παρέχει ακόμη και καλή μόνωση για τη γέφυρα, λόγω του όγκου του κλειστού εναέριου χώρου.