3Dプリントではあらゆる種類の素材が使用されています 最近では、ケブラーとグラスファイバーで強化されたナイロン。 等しかし、それは本当ですが 材料の強度が重要であり、オブジェクトの内部構造も重要です 3Dプリント。 最近、からの研究者のグループ MITは、最強でありながら最軽量の材料のXNUMXつを開発しました グラフェン粒子を圧縮して溶融することによって。
これまで、研究者はグラフェンの二次元力を三次元構造に変換するのに苦労していました。 だが 新しいデザイン MITから、 に類似したグラフェン構成 スポンジは、鋼のXNUMX倍の強度があり、密度はわずかXNUMXパーセントです。
MITの研究チームの調査結果は、最近、サイエンス・アドバンシス誌に報告されました。 この記事は、マカフィーの工学教授であり、MITの土木環境工学科（CEE）の責任者であるMarkusBuehlerによって共同執筆されました。 CEE科学研究者の趙秦; 大学院生のGangSeob Jung; そして、ミン・ジョンカン・メン、2016年のクラス。
グラフェン構造の形状が鍵となります
MITによると、彼らの調査結果は、「新しい3D形状の重要な側面 その珍しい幾何学的構成ともっと関係があります 材料自体よりも、同様の幾何学的特性を使用した場合、さまざまな材料から同様の特性が得られる可能性があることを示唆しています。 »»
チームは サンゴや珪藻と呼ばれる微細な生き物に似た安定した強い構造、熱と圧力の組み合わせを使用して、グラフェンの小さなフレークを圧縮します。 得られた形状は、その体積に比例して大きな表面積を持ち、非常に強力です。 それらはNerfボールのように見えます-それらは丸いオブジェクトですが、穴でいっぱいです。 これらの複雑な形状はジャイロイドとして知られています。、そしてビューラーは、従来の製造を使用してそれらを作成することは「おそらく不可能」であると述べました。 実験室でのテストでは、チームはジャイロイドの3D印刷モデルを使用し、自然なサイズの数千倍に拡大しました。
チームは、3Dモデルをさまざまな機械的引張および圧縮テストにかけ、理論モデルを使用して荷重下の機械的応答をシミュレートしました。 私たちのサンプルのXNUMXつで、彼らはそれを 鋼の密度の5％が前記材料の10倍の強度を得た"
変形下の曲面によって形成される3Dグラフェン材料は、紙のシートのように反応します。 紙は幅や長さに沿って強くないため、しわが寄りやすくなります。 しかし、紙をチューブに巻くと、チューブの長さに沿った力がはるかに大きくなります。 処理後のグラフェンフレークの幾何学的配置も同様の構成になっています。
可能なアプリケーション
可能なアプリケーションの中で、それは際立っています 他の材料で発見された幾何学的特徴を使用することができます、ポリマーや金属など、 より低い製造コストで同様の強度の利点を得る。 ポリマーまたは金属粒子をテンプレートとして使用し、熱および圧力処理の前に化学蒸気リザーバーを使用してそれらをグラフェンで覆う可能性もあります。 続いて、3Dグラフェンをジャイロイドの形に保つために、ポリマーまたは金属を除去することができます。 この多孔質の形状は、大きな構造物を構築するときに使用できます、橋のように。 閉鎖された空域の量のために、それは橋に良い断熱を提供するでしょう。