Mindenféle anyagot használnak a 3D nyomtatáshoz ezekben a napokban Kevlar és üvegszál erősítésű nejlonok. stb. De bár ez igaz az anyagok szilárdsága fontos, a tárgy belső szerkezete is fontos 3D nyomtatás. Nemrégiben egy kutatócsoport a Az MIT kifejlesztette az egyik legerősebb és legkönnyebb anyagot grafén részecskék összenyomásával és megolvasztásával.
Eddig a kutatóknak nehézségei voltak a grafén kétdimenziós erejének háromdimenziós szerkezetekké alakításával. De az új design az MIT-től, a grafén konfiguráció hasonló a szivacs, tízszer erősebb lehet, mint az acél, sűrűsége mindössze öt százalék.
Az MIT kutatócsoport eredményeiről nemrégiben beszámoltak a Science Advances folyóiratban. A cikket Markus Buehler, a McAfee mérnöki professzora, az MIT Civil és Környezetmérnöki Tanszékének vezetője írta; A közép-kelet-európai tudományos kutató, Zhao Qin; Végzős hallgató Gang Seob Jung; És Min Jeong Kang Meng, a 2016-os osztály.
A Graphene szerkezet geometriájában a kulcs
Megállapításaik az MIT szerint felfedik, hogy "az új 3D-s alakzatok döntő szempontja több köze van a szokatlan geometriai konfigurációjához mint magával az anyaggal, ami arra utal, hogy hasonló tulajdonságok érhetők el különböző anyagokból hasonló geometriai jellemzők alkalmazásával. »
A csapat a stabil és erős szerkezet, amely hasonlít a korallokra és a kovafélékként ismert mikroszkopikus lényekre, hő és nyomás kombinációjával kis grafénpelyhek összenyomásához. Az így kapott alakzatok térfogatuk arányában hatalmas felülettel rendelkeznek, és rendkívül erősek. Úgy néznek ki, mint a Nerf-golyók - lekerekített tárgyak, de tele vannak lyukakkal. Ezeket az összetett alakokat giroidoknak nevezik., és Buehler szerint "valószínűleg lehetetlen" létrehozni őket a hagyományos gyártás segítségével. A laboratóriumi vizsgálatokhoz a csapat a giroidák 3D nyomtatott modelljeit használta, természetes méretük ezerszeresei.
A csapat a 3D modelleket különféle mechanikai húzó- és kompressziós teszteknek vetette alá, elméleti modelljeikkel a terhelés alatti mechanikai válasz szimulálására. Az egyik mintánkban azt kapták, hogy a Az acél sűrűségének 5% -a az anyag szilárdságának tízszerese”.
A deformált, görbült felületek által alkotott 3D grafén anyag úgy reagál, mint egy papírlap. A papír könnyen ráncosodhat, mert szélességében és hosszában nem erős. De amikor a papírt csőbe tekerjük, a cső hosszában az erő sokkal nagyobb. A grafénpelyhek geometriai elrendezése a kezelés után hasonló konfigurációjú.
Lehetséges alkalmazások
A lehetséges alkalmazások közül ez kiemelkedik más anyagokkal felfedezett geometriai jellemzők használhatókpéldául polimerek vagy fémek szerezzen hasonló szilárdsági előnyöket alacsonyabb gyártási költség mellett. Lehetőség van polimer vagy fémrészecskék templátként történő alkalmazására, kémiai gőztározó használatával hő- és nyomáskezelés előtt, hogy ezeket grafénnel borítsák. Ezt követően a polimert vagy a fémet eltávolíthatjuk annak érdekében, hogy a 3D-grafén gyroidos formában maradjon. Ezt a porózus geometriát fel lehet használni nagy szerkezetek építésénél, mint egy híd. Ez még jó szigetelést is biztosít a híd számára, a zárt légtér mennyisége miatt.