Tutti i tipi di materiali vengono utilizzati nella stampa 3D in questi giorni, nylon rinforzato con Kevlar e fibra di vetro. eccetera. Ma mentre è vero che la forza dei materiali è importante, così è la struttura interna dell'oggetto Stampato in 3D. Recentemente, un gruppo di ricercatori del Il MIT ha sviluppato uno dei materiali più resistenti e allo stesso tempo leggeri comprimendo e fondendo particelle di grafene.
Fino ad ora, i ricercatori hanno avuto difficoltà a convertire la forza bidimensionale del grafene in strutture tridimensionali. Ma il nuovo design dal MIT, a configurazione grafene simile a un file spugna, può essere dieci volte più resistente dell'acciaio, con una densità di solo il cinque percento.
I risultati del team di ricerca del MIT sono stati recentemente riportati sulla rivista Science Advances. L'articolo è stato scritto in collaborazione con Markus Buehler, professore di ingegneria McAfee e capo del Dipartimento di ingegneria civile e ambientale (CEE) del MIT; Il ricercatore scientifico CEE Zhao Qin; Lo studente laureato Gang Seob Jung; E Min Jeong Kang Meng, classe 2016.
Nella geometria della struttura grafene è la chiave
Le loro scoperte, secondo il MIT, rivelano che "l'aspetto cruciale delle nuove forme 3D ha più a che fare con la sua insolita configurazione geometrica rispetto al materiale stesso, suggerendo che proprietà simili potrebbero essere ottenute da una varietà di materiali se usassimo caratteristiche geometriche simili. »
Il team ha prodotto un file struttura stabile e forte che ricorda i coralli e le creature microscopiche note come diatomee, utilizzando una combinazione di calore e pressione per comprimere piccoli fiocchi di grafene. Le forme risultanti hanno una superficie enorme in proporzione al loro volume e sono straordinariamente forti. Sembrano palle Nerf: sono oggetti arrotondati, ma pieni di buchi. Queste forme complesse sono note come giroscopi.e Buehler ha affermato che è "probabilmente impossibile" crearli utilizzando la produzione convenzionale. Per i test di laboratorio, il team ha utilizzato modelli stampati in 3D dei giroscopi, ingranditi migliaia di volte la loro dimensione naturale.
Il team ha sottoposto i modelli 3D a vari test meccanici di trazione e compressione, utilizzando i loro modelli teorici per simulare la risposta meccanica sotto carico. In uno dei nostri campioni l'hanno ottenuto con a Il 5% della densità dell'acciaio ha ottenuto 10 volte la resistenza di detto materiale«.
Il materiale grafene 3D, formato da superfici curve sotto deformazione, reagisce come fogli di carta. La carta può arricciarsi facilmente, perché non è resistente in larghezza e lunghezza. Ma quando la carta viene arrotolata in un tubo, la forza lungo la lunghezza del tubo è molto maggiore. La disposizione geometrica dei fiocchi di grafene dopo il trattamento ha una configurazione simile.
Possibili applicazioni
Tra le possibili applicazioni, spicca quella le caratteristiche geometriche scoperte con altri materiali potrebbero essere utilizzate, come polimeri o metalli, al fine di ottenere vantaggi di resistenza simili a un costo di produzione inferiore. Esiste anche la possibilità di utilizzare come modelli particelle di polimero o metallo, utilizzando un serbatoio di vapore chimico prima dei trattamenti termici e di pressione per coprirli con il grafene. Successivamente, il polimero o il metallo potrebbero essere rimossi per mantenere il grafene 3D nella forma della tiroide. Questa geometria porosa potrebbe essere utilizzata quando si costruiscono strutture di grandi dimensioni, come un ponte. Fornirebbe anche un buon isolamento per il ponte, a causa della quantità di spazio aereo chiuso.