3D drukāšanā tiek izmantoti visu veidu materiāli šajās dienās ar Kevlara un stikla šķiedras pastiprinātiem neiloniem. utt. Bet, lai gan tā ir taisnība svarīga ir materiālu izturība, tāpat ir arī objekta iekšējā struktūra 3D drukāts. Nesen pētnieku grupa no MIT izstrādāja vienu no spēcīgākajiem un vieglākajiem materiāliem saspiežot un izkausējot grafēna daļiņas.
Līdz šim pētniekiem bija grūtības pārveidot grafēna divdimensiju spēku trīsdimensiju struktūrās. Bet jauno dizainu no MIT, a grafēna konfigurācija, kas līdzīga a sūklis, tas var būt desmit reizes stiprāks par tēraudu, blīvums ir tikai pieci procenti.
MIT pētnieku grupas atklājumi nesen tika ziņoti žurnālā Science Advances. Raksta līdzautors ir Markuss Buehlers, Makafē inženierzinātņu profesors un MIT Civilās un vides inženierijas katedras (CAE) vadītājs; CAE zinātniskais pētnieks Džo Čins; Maģistrants Gang Seob Jung; Un Min Jeong Kang Meng, 2016. gada klase.
Grafēna struktūras ģeometrijā ir atslēga
Viņu atklājumi, pēc MIT domām, atklāj, ka "jauno 3D formu izšķirošais aspekts ir vairāk saistīts ar neparasto ģeometrisko konfigurāciju nekā ar pašu materiālu, kas liek domāt, ka līdzīgas īpašības varētu iegūt no dažādiem materiāliem, ja mēs izmantotu līdzīgas ģeometriskās īpašības. »
Komanda izveidoja a stabila un spēcīga struktūra, kas līdzinās koraļļiem un mikroskopiskām radībām, kas pazīstamas kā diatomi, izmantojot siltuma un spiediena kombināciju, lai saspiestu mazas grafēna pārslas. Rezultāta formām ir milzīgs virsmas laukums proporcionāli to apjomam, un tās ir ārkārtīgi spēcīgas. Tās izskatās kā Nerf bumbiņas - tās ir noapaļoti priekšmeti, bet pilni ar caurumiem. Šīs sarežģītās formas ir pazīstamas kā žiroīdi., un Buehlers teica, ka tos, iespējams, nav iespējams izveidot, izmantojot parasto ražošanu. Laboratorijas testiem komanda izmantoja 3D drukātus žiroidu modeļus, kas tūkstošiem reižu palielināti par to dabisko izmēru.
Komanda 3D modeļus pakļāva dažādiem mehāniskiem stiepes un saspiešanas testiem, izmantojot savus teorētiskos modeļus, lai simulētu mehānisko reakciju zem slodzes. Vienā no mūsu paraugiem viņi to ieguva ar a 5% no tērauda blīvuma iegūst 10 reizes lielāku materiāla izturību".
3D grafēna materiāls, ko veido deformētas izliektas virsmas, reaģē kā papīra loksnes. Papīrs var viegli saburzīties, jo tas nav izturīgs visā platumā un garumā. Bet, kad papīrs tiek velmēts caurulē, spēks caurules garumā ir daudz lielāks. Grafēna pārslu ģeometriskajam izvietojumam pēc apstrādes ir līdzīga konfigurācija.
Iespējamie pielietojumi
Starp iespējamām lietojumprogrammām tas izceļas varētu izmantot ģeometriskās iezīmes, kas atklātas ar citiem materiāliem, piemēram, polimēri vai metāli, lai iegūt līdzīgas izturības priekšrocības par zemākām ražošanas izmaksām. Ir arī iespēja izmantot polimēra vai metāla daļiņas kā veidnes, pirms karstuma un spiediena apstrādes izmantot ķīmisko tvaiku rezervuāru, lai tās pārklātu ar grafēnu. Pēc tam polimēru vai metālu varēja noņemt, lai saglabātu 3D grafēnu žiroīdā formā. Šo poraino ģeometriju varētu izmantot, būvējot lielas konstrukcijas, kā tilts. Tas pat nodrošinātu labu tilta izolāciju slēgtās gaisa telpas daudzuma dēļ.