Semua jenis bahan digunakan dalam pencetakan 3D hari ini, nilon diperkuat Kevlar dan fiberglass. dll. Tapi sementara itu benar kekuatan material itu penting, begitu pula struktur internal objek 3D dicetak. Baru-baru ini, sekelompok peneliti dari MIT mengembangkan salah satu bahan terkuat dan teringan dengan mengompresi dan melelehkan partikel graphene.
Hingga saat ini, para peneliti kesulitan mengubah gaya dua dimensi graphene menjadi struktur tiga dimensi. Tapi desain baru dari MIT, a konfigurasi graphene mirip dengan a spons, bisa sepuluh kali lebih kuat dari baja, dengan kepadatan hanya lima persen.
Temuan tim peneliti MIT baru-baru ini dilaporkan dalam jurnal Science Advances. Artikel ini disusun bersama Markus Buehler, profesor teknik McAfee dan kepala Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan (CEE) MIT; Peneliti ilmiah CEE, Zhao Qin; Mahasiswa pascasarjana Gang Seob Jung; Dan Min Jeong Kang Meng, angkatan 2016.
Dalam geometri struktur Graphene adalah kuncinya
Temuan mereka, menurut MIT, mengungkapkan bahwa "aspek krusial dari bentuk 3D baru lebih berkaitan dengan konfigurasi geometrisnya yang tidak biasa dibandingkan dengan bahan itu sendiri, menunjukkan bahwa sifat serupa dapat diperoleh dari berbagai bahan jika kita menggunakan karakteristik geometris yang serupa. »
Tim menghasilkan struktur stabil dan kuat yang menyerupai karang dan makhluk mikroskopis yang dikenal sebagai diatom, menggunakan kombinasi panas dan tekanan untuk memampatkan serpihan kecil graphene. Bentuk yang dihasilkan memiliki luas permukaan yang besar sebanding dengan volumenya, dan sangat kuat. Mereka terlihat seperti bola Nerf - mereka adalah benda bulat, tetapi penuh lubang. Bentuk kompleks ini dikenal sebagai gyroid., dan Buehler mengatakan "mungkin tidak mungkin" untuk membuatnya menggunakan manufaktur konvensional. Untuk uji laboratorium, tim menggunakan model gyroid yang dicetak 3D, yang diperbesar ribuan kali ukuran aslinya.
Tim menerapkan model 3D ke berbagai uji tarik dan kompresi mekanis, menggunakan model teoretis mereka untuk mensimulasikan respons mekanis di bawah beban. Dalam salah satu sampel kami, mereka memperolehnya dengan a 5% kepadatan baja diperoleh 10 kali kekuatan bahan tersebut".
Bahan graphene 3D, dibentuk oleh permukaan melengkung di bawah deformasi, bereaksi seperti lembaran kertas. Kertas mudah kusut, karena tidak kuat sepanjang lebar dan panjangnya. Tetapi ketika kertas digulung menjadi tabung, gaya sepanjang tabung jauh lebih besar. Susunan geometris serpihan graphene setelah perlakuan memiliki konfigurasi yang serupa.
Aplikasi yang memungkinkan
Di antara aplikasi yang mungkin, itu menonjol fitur geometris yang ditemukan dengan bahan lain dapat digunakan, seperti polimer atau logam, agar mendapatkan keunggulan kekuatan serupa dengan biaya produksi yang lebih rendah. Ada juga kemungkinan menggunakan polimer atau partikel logam sebagai template, menggunakan reservoir uap kimia sebelum perlakuan panas dan tekanan untuk menutupinya dengan graphene. Selanjutnya, polimer atau logam dapat dihilangkan untuk menjaga graphene 3D dalam bentuk gyroid. Geometri berpori ini dapat digunakan saat membangun struktur besar, seperti jembatan. Itu bahkan akan memberikan isolasi yang baik untuk jembatan, karena jumlah ruang udara yang tertutup.