3D spausdinimui naudojamos visų rūšių medžiagos šiomis dienomis nailonu sustiprinti Kevlaro ir stiklo pluoštu. ir kt. Bet nors tai tiesa svarbu medžiagų stiprumas, taip pat ir vidinė objekto struktūra 3D spausdinta. Neseniai grupė mokslininkų iš MIT sukūrė vieną stipriausių, tačiau lengviausių medžiagų suspaudžiant ir lydant grafeno daleles.
Iki šiol tyrėjams buvo sunku paversti grafeno dvimatę jėgą į trimatę struktūrą. Bet naują dizainą iš MIT, a grafeno konfigūracija, panaši į a kempinė, ji gali būti dešimt kartų tvirtesnė už plieną, jos tankis yra tik penki procentai.
MIT tyrimų grupės išvados neseniai buvo paskelbtos žurnale „Science Advances“. Straipsnio bendraautorius yra Markusas Buehleris, „McAfee“ inžinerijos profesorius, MIT Civilinės ir aplinkos inžinerijos katedros (VRE) vadovas; VRE mokslinis tyrėjas Zhao Qin; Magistrantas Gangas Seobas Jungas; Minas Jeongas Kangas Mengas, 2016 m. Klasė.
Grafeno struktūros geometrijoje yra raktas
Jų išvados, pasak MIT, atskleidžia, kad „esminis naujųjų 3D formų aspektas labiau susijęs su neįprasta geometrine konfigūracija nei su pačia medžiaga, o tai rodo, kad panašias savybes būtų galima gauti iš įvairių medžiagų, jei naudotume panašias geometrines charakteristikas. »
Komanda sukūrė a stabili ir tvirta struktūra, panaši į koralus ir mikroskopinius padarus, vadinamus diatomais, naudojant šilumos ir slėgio derinį mažiems grafeno dribsniams suspausti. Gautos formos turi didžiulį paviršiaus plotą proporcingai jų apimčiai ir yra nepaprastai tvirtos. Jie atrodo kaip „Nerf“ kamuoliai - jie yra suapvalinti daiktai, tačiau pilni skylių. Šios sudėtingos formos yra žinomos kaip giroidai., ir Buehleris teigė, kad jų „sukurti tikriausiai neįmanoma“ naudojant įprastą gamybą. Atlikdama laboratorinius tyrimus, komanda naudojo 3D atspausdintus giroidų modelius, tūkstančius kartų padidinusius jų natūralų dydį.
Komanda atliko 3D modelių įvairius mechaninius tempimo ir suspaudimo bandymus, naudodama savo teorinius modelius, kad imituotų mechaninį atsaką esant apkrovai. Viename iš mūsų pavyzdžių jie gavo tai su a 5% plieno tankio gautas 10 kartų didesnis už minėtos medžiagos stiprumą"
3D grafeno medžiaga, suformuota deformuotų kreivų paviršių, reaguoja kaip popieriaus lapai. Popierius gali lengvai susiraukšlėti, nes jis nėra tvirtas per plotį ir ilgį. Bet kai popierius susukamas į vamzdelį, jėga išilgai vamzdžio yra daug didesnė. Grafeno dribsnių geometrinis išdėstymas po apdorojimo yra panašios konfigūracijos.
Galimos programos
Tarp galimų programų tai išsiskiria galėtų būti naudojamos geometrinės savybės, aptiktos naudojant kitas medžiagas, pavyzdžiui, polimerai ar metalai, siekiant gauti panašių stiprumo pranašumų už mažesnę gamybos kainą. Taip pat yra galimybė naudoti polimero ar metalo daleles kaip šablonus, prieš naudojant šilumą ir slėgį apdoroti cheminių garų rezervuarą, kad jos būtų padengtos grafenu. Vėliau polimerą ar metalą buvo galima pašalinti, kad 3D grafenas būtų giroido formos. Ši akyta geometrija galėtų būti naudojama statant dideles konstrukcijas, kaip tiltas. Tai netgi užtikrintų gerą tilto izoliaciją dėl uždaros oro erdvės kiekio.