3D-printimisel kasutatakse igasuguseid materjale nendel päevadel on Kevlari ja klaaskiust tugevdatud nailonid. jne. Kuid kuigi see on tõsi oluline on materjalide tugevus, samuti eseme sisemine struktuur 3D prinditud. Hiljuti oli rühm teadlasi MIT töötas välja ühe tugevama ja kergema materjali grafeeni osakeste kokkusurumise ja sulatamise teel.
Siiani on teadlastel olnud raskusi grafeeni kahemõõtmelise jõu teisendamisel kolmemõõtmelisteks struktuurideks. Aga uus disain MITilt, a grafeeni konfiguratsioon sarnane a käsn, see võib olla terasest kümme korda tugevam, tihedusega vaid viis protsenti.
MITi uurimisrühma leiud kajastati hiljuti ajakirjas Science Advances. Artikli kaasautor oli McAfee inseneriprofessor Markus Buehler, MITi tsiviil- ja keskkonnatehnika osakonna (CEE) juhataja; Kesk- ja Ida-Euroopa teadusuurija Zhao Qin; Kraadiõppur Gang Seob Jung; Ja Min Jeong Kang Meng, 2016. aasta klass.
Grafeeni geomeetrias on võti
Nende leidudest selgub MIT-i andmetel, et "uute 3D-kujundite otsustav aspekt on rohkem seotud selle ebatavalise geomeetrilise konfiguratsiooniga kui materjali endaga, mis viitab sellele, et sarnaste geomeetriliste omaduste kasutamisel võib sarnaste omaduste saada mitmesugustest materjalidest. »
Meeskond tootis a stabiilne ja tugev struktuur, mis sarnaneb korallide ja mikroskoopiliste olenditega, mida nimetatakse diatoomideks, kasutades sooja ja rõhu kombinatsiooni väikeste grafeenihelveste kokkusurumiseks. Saadud kujunditel on tohutu pind ja need on erakordselt tugevad. Nad näevad välja nagu Nerfi pallid - need on ümarad esemed, kuid täis auke. Neid keerukaid kujundeid tuntakse güroididena.ja Buehler ütles, et neid on tavapärase tootmise abil "tõenäoliselt võimatu" luua. Laboratoorsete testide jaoks kasutas meeskond güroidide 3D-prinditud mudeleid, mis olid tuhandeid kordi suuremad kui nende loomulikud mõõtmed.
Meeskond viis 3D-mudeleid läbi mitmesuguste mehaaniliste tõmbe- ja kokkusurumiskatsetega, kasutades oma teoreetilisi mudeleid mehaanilise reaktsiooni simuleerimiseks koormuse all. Ühes meie proovis said nad selle a-ga 5% terase tihedusest saadi 10-kordne nimetatud materjali tugevus"
3D-grafeenimaterjal, mille moodustavad deformeerunud kõverad pinnad, reageerib nagu paberilehed. Paber võib kergesti kortsuda, kuna see pole kogu laiuse ja pikkuse ulatuses tugev. Kuid kui paber rullitakse torusse, on toru pikkus kogu jõuga palju suurem. Grafeenihelveste geomeetriline paigutus pärast töötlemist on sarnase konfiguratsiooniga.
Võimalikud rakendused
Võimalike rakenduste hulgas paistab see välja kasutada võiks teiste materjalidega avastatud geomeetrilisi tunnuseidnagu polümeerid või metallid saada sarnaseid tugevuse eeliseid madalamate tootmiskuludega. Samuti on võimalus kasutada matriitsidena polümeeri või metalli osakesi, kasutades enne kuumutus- ja survetöötlust keemilise auru reservuaari, et katta need grafeeniga. Seejärel võis polümeeri või metalli eemaldada, et hoida 3D-grafeeni güroid kujul. Seda poorset geomeetriat saab kasutada suurte konstruktsioonide ehitamisel, nagu sild. See tagaks silla hea isolatsiooni suletud õhuruumi hulga tõttu.