3D-tulostuksessa käytetään kaikenlaisia materiaaleja näinä päivinä kevlar- ja lasikuituvahvistettuja nailonit. jne. Mutta vaikka se on totta materiaalien lujuus on tärkeä, samoin on esineen sisäinen rakenne 3D-tulostettu. Äskettäin ryhmä tutkijoita MIT kehitti yhden vahvimmista mutta kevyimmistä materiaaleista puristamalla ja sulattamalla grafeenihiukkasia.
Tähän asti tutkijoilla on ollut vaikeuksia muuntaa grafeenin kaksiulotteinen voima kolmiulotteisiksi rakenteiksi. Mutta uusi muotoilu MIT: ltä, a grafeenikokoonpano samanlainen kuin a sienellä, se voi olla kymmenen kertaa vahvempi kuin teräs, tiheys vain viisi prosenttia.
MIT-tutkimusryhmän havainnot raportoitiin äskettäin Science Advances -lehdessä. Artikkelin on kirjoittanut McAfee-tekniikan professori Markus Buehler ja MIT: n siviili- ja ympäristötekniikan osaston johtaja; Keski- ja Itä-Euroopan tieteellinen tutkija Zhao Qin; Jatko-opiskelija Gang Seob Jung; Ja Min Jeong Kang Meng, luokka 2016.
Grafeenirakenteen geometriassa on avain
Heidän havaintonsa paljastavat MIT: n mukaan, että "uusien 3D-muotojen ratkaiseva näkökohta on enemmän tekemistä sen epätavallisen geometrisen kokoonpanon kanssa kuin itse materiaalilla, mikä viittaa siihen, että samanlaisia ominaisuuksia voitaisiin saada useista materiaaleista, jos käytämme samanlaisia geometrisia ominaisuuksia. »
Tiimi tuotti a vakaa ja vahva rakenne, joka muistuttaa koralleja ja mikroskooppisia olentoja, jotka tunnetaan diatomeina, käyttäen lämmön ja paineen yhdistelmää pienten grafeenihiutaleiden pakkaamiseen. Tuloksena olevilla muodoilla on valtava pinta-ala suhteessa niiden tilavuuteen, ja ne ovat poikkeuksellisen vahvoja. Ne näyttävät Nerf-palloilta - ne ovat pyöristettyjä esineitä, mutta täynnä reikiä. Nämä monimutkaiset muodot tunnetaan gyroideina., ja Buehler sanoi, että on "luultavasti mahdotonta" luoda niitä käyttämällä tavanomaista valmistusta. Laboratoriokokeissa työryhmä käytti 3D-tulostettuja malleja, jotka suurennettiin tuhansia kertoja niiden luonnolliseen kokoon.
Joukkue altisti 3D-mallit erilaisille mekaanisille veto- ja puristustesteille käyttäen teoreettisia mallejaan simuloimaan mekaanista vastetta kuormitettuna. Yhdessä näytteistämme he saivat sen a 5% teräksen tiheydestä saatiin 10 kertaa mainitun materiaalin lujuus".
3D-grafeenimateriaali, jonka muodostaa kaarevat pinnat muodonmuutoksen aikana, reagoi kuin paperiarkut. Paperi voi rypistyä helposti, koska se ei ole leveydeltään ja pituudeltaan vahva. Mutta kun paperi rullataan putkeen, voima putken pituudelta on paljon suurempi. Grafeenihiutaleiden geometrinen järjestely käsittelyn jälkeen on samanlainen.
Mahdolliset sovellukset
Mahdollisten sovellusten joukossa se erottuu muiden materiaalien kanssa löydettyjä geometrisia piirteitä voitaisiin käyttääkuten polymeerit tai metallit, jotta saada samanlaisia lujuusetuja pienemmillä tuotantokustannuksilla. On myös mahdollista käyttää polymeeri- tai metallihiukkasia templaateina, käyttämällä kemiallista höyrysäiliötä ennen lämpö- ja painekäsittelyjä niiden peittämiseksi grafeenilla. Sen jälkeen polymeeri tai metalli voitiin poistaa 3D-grafeenin pitämiseksi gyroidimuodossa. Tätä huokoista geometriaa voidaan käyttää rakennettaessa suuria rakenteita, kuin silta. Se antaisi sillalle jopa hyvän eristeen suljetun ilmatilan määrän vuoksi.