Toutes sortes de matériaux sont utilisés dans l'impression 3D ces jours-ci, Kevlar et nylons renforcés de fibre de verre. etc. Mais s'il est vrai que la résistance des matériaux est importante, tout comme la structure interne de l'objet Imprimé en 3D. Récemment, un groupe de chercheurs du Le MIT a développé l'un des matériaux les plus solides et les plus légers par compression et fusion de particules de graphène.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont eu du mal à convertir la force bidimensionnelle du graphène en structures tridimensionnelles. Mais le nouveau design du MIT, un configuration du graphène similaire à un éponge, il peut être dix fois plus résistant que l'acier, avec une densité de seulement cinq pour cent.
Les résultats de l'équipe de recherche du MIT ont été récemment publiés dans la revue Science Advances. L'article a été co-écrit par Markus Buehler, professeur d'ingénierie chez McAfee et chef du Département de génie civil et environnemental (CEE) du MIT; Le chercheur scientifique CEE Zhao Qin; Gang Seob Jung, étudiant diplômé; Et Min Jeong Kang Meng, promotion 2016.
Dans la géométrie de la structure graphène est la clé
Leurs découvertes, selon le MIT, révèlent que «l'aspect crucial des nouvelles formes 3D a plus à voir avec sa configuration géométrique inhabituelle qu'avec le matériau lui-même, ce qui suggère que des propriétés similaires pourraient être obtenues à partir d'une variété de matériaux si nous utilisions des caractéristiques géométriques similaires. »
L'équipe a produit un structure stable et solide qui ressemble aux coraux et aux créatures microscopiques appelées diatomées, en utilisant une combinaison de chaleur et de pression pour comprimer de petits flocons de graphène. Les formes résultantes ont une énorme surface proportionnelle à leur volume et sont extraordinairement résistantes. Ils ressemblent à des boules Nerf - ce sont des objets arrondis, mais pleins de trous. Ces formes complexes sont appelées gyroïdes., et Buehler a déclaré qu'il est "probablement impossible" de les créer en utilisant la fabrication conventionnelle. Pour les tests en laboratoire, l'équipe a utilisé des modèles imprimés en 3D des gyroïdes, agrandis des milliers de fois leur taille naturelle.
L'équipe a soumis les modèles 3D à divers tests de traction et de compression mécaniques, en utilisant leurs modèles théoriques pour simuler la réponse mécanique sous charge. Dans l'un de nos échantillons, ils ont obtenu cela avec un 5% de la densité de l'acier obtenu 10 fois la résistance dudit matériau«.
Le matériau graphène 3D, formé par des surfaces courbes sous déformation, réagit comme des feuilles de papier. Le papier peut se froisser facilement, car il n'est pas solide sur sa largeur et sa longueur. Mais lorsque le papier est enroulé dans un tube, la force le long de la longueur du tube est beaucoup plus grande. La disposition géométrique des paillettes de graphène après traitement a une configuration similaire.
Applications possibles
Parmi les applications possibles, il ressort que les caractéristiques géométriques découvertes avec d'autres matériaux pourraient être utilisées, tels que les polymères ou les métaux, afin de obtenir des avantages de résistance similaires à un coût de production inférieur. Il existe également la possibilité d'utiliser des particules de polymère ou de métal comme gabarits, en utilisant un réservoir de vapeur chimique avant les traitements thermiques et sous pression pour les recouvrir de graphène. Par la suite, le polymère ou le métal pourrait être éliminé afin de conserver le graphène 3D sous forme gyroïdienne. Cette géométrie poreuse pourrait être utilisée lors de la construction de grandes structures, comme un pont. Cela fournirait même une bonne isolation pour le pont, en raison de la quantité d'espace aérien fermé.