נעשה שימוש בכל מיני חומרים בהדפסת תלת מימד בימינו, ניילונים מחוזקים בקוולר ובפיברגלס. וכו ' אבל אמנם זה נכון חוזק החומרים חשוב, כך גם המבנה הפנימי של האובייקט מודפס בתלת מימד. לאחרונה קבוצת חוקרים מהארץ MIT פיתח את אחד החומרים החזקים והקלים ביותר על ידי דחיסה והמסת חלקיקי גרפן.
עד כה החוקרים התקשו להמיר את הכוח הדו-ממדי של גרפן למבנים תלת-ממדיים. אבל העיצוב החדש מ- MIT, א תצורת גרפן דומה ל- ספוג, הוא יכול להיות חזק פי עשרה מפלדה, עם צפיפות של חמישה אחוזים בלבד.
ממצאי צוות המחקר MIT דווחו לאחרונה בכתב העת Science Advances. המאמר נכתב בשיתוף מרקוס בוהלר, פרופסור להנדסה במקאפי וראש המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית ב- MIT (CEE); חוקר מדעי ה- CEE ג'או צ'ין; סטודנט לתארים מתקדמים גאנג סוב יונג; ו- Min Jeong Kang Meng, מחזור 2016.
בגיאומטריה של מבנה הגרפן הוא המפתח
ממצאיהם, על פי MIT, מגלים כי "ההיבט המכריע בצורות התלת מימד החדשות יש יותר קשר לתצורה הגיאומטרית יוצאת הדופן שלה מאשר עם החומר עצמו, מה שמרמז כי ניתן להשיג מאפיינים דומים ממגוון חומרים אם השתמשנו במאפיינים גיאומטריים דומים. »
הצוות הפיק א מבנה יציב וחזק הדומה לאלמוגים וליצורים מיקרוסקופיים המכונים דיאטומים, באמצעות שילוב של חום ולחץ לדחיסת פתיתים קטנים של גרפן. לצורות המתקבלות שטח פנים עצום ביחס לנפח, והן חזקות במיוחד. הם נראים כמו כדורי נרף - הם עצמים מעוגלים, אך מלאים בחורים. צורות מורכבות אלה מכונות ג'ירואידים., ובולהר אמר כי "כנראה בלתי אפשרי" ליצור אותם באמצעות ייצור קונבנציונאלי. לצורך בדיקות מעבדה, הצוות השתמש במודלים מודפסים תלת ממדיים של הג'ירואידים, שהוגדלו אלפי פעמים מגודלם הטבעי.
הצוות העביר את דגמי התלת מימד לבדיקות מתיחה ודחיסה מכניות שונות, תוך שימוש במודלים התיאורטיים שלהם כדי לדמות את התגובה המכנית בעומס. באחת הדוגמאות שלנו הם השיגו את זה עם 5% מצפיפות הפלדה המתקבלת פי 10 מחוזק החומר האמור".
חומר הגרפן התלת ממדי, שנוצר על ידי משטחים עקומים בעיוות, מגיב כמו גיליונות נייר. הנייר יכול להתקמט בקלות, מכיוון שהוא אינו חזק לאורך רוחבו ולאורכו. אך כאשר הנייר מגולגל לצינור, הכוח לאורך הצינור גדול בהרבה. לסידור הגיאומטרי של פתיתי הגרפן לאחר הטיפול יש תצורה דומה.
יישומים אפשריים
בין היישומים האפשריים, בולט ש ניתן להשתמש בתכונות גיאומטריות שהתגלו עם חומרים אחרים, כגון פולימרים או מתכות, על מנת להשיג יתרונות חוזק דומים בעלות ייצור נמוכה יותר. קיימת גם אפשרות להשתמש בחלקיקי פולימר או מתכת כתבניות, באמצעות מאגר אדים כימי לפני טיפולי חום ולחץ כדי לכסות אותם בגרפן. לאחר מכן, ניתן להסיר את הפולימר או המתכת על מנת לשמור על הגרפן התלת-ממדי בצורה של בלוטת התריס. ניתן להשתמש בגאומטריה נקבובית זו בבניית מבנים גדולים, כמו גשר. זה אפילו יספק בידוד טוב לגשר, בגלל כמות המרחב האווירי הסגור.