Semua jenis bahan digunakan dalam percetakan 3D hari ini, Kevlar dan gentian kaca bertetulang. dan lain-lain. Tetapi selagi itu benar kekuatan bahan itu penting, begitu juga dengan struktur dalaman objek 3D dicetak. Baru-baru ini, sekumpulan penyelidik dari MIT mengembangkan salah satu bahan terkuat tetapi paling ringan dengan memampatkan dan mencairkan zarah graphene.
Sehingga kini, para penyelidik menghadapi kesukaran untuk menukar daya dua dimensi graphene menjadi struktur tiga dimensi. Tetapi reka bentuk baru dari MIT, a konfigurasi graphene serupa dengan a span, ia boleh menjadi sepuluh kali lebih kuat daripada keluli, dengan ketumpatan hanya lima peratus.
Penemuan pasukan penyelidik MIT baru-baru ini dilaporkan dalam jurnal Science Advances. Artikel ini dikarang bersama oleh Markus Buehler, profesor kejuruteraan McAfee dan ketua Jabatan Kejuruteraan Awam dan Alam Sekitar (CEE) MIT; Penyelidik saintifik CEE Zhao Qin; Pelajar siswazah Gang Seob Jung; Dan Min Jeong Kang Meng, kelas 2016.
Dalam geometri struktur Graphene adalah kuncinya
Penemuan mereka, menurut MIT, menunjukkan bahawa "aspek penting dari bentuk 3D baru mempunyai kaitan dengan konfigurasi geometri yang tidak biasa daripada bahan itu sendiri, menunjukkan bahawa sifat serupa dapat diperoleh dari pelbagai bahan jika kita menggunakan ciri geometri yang serupa. »
Pasukan menghasilkan a struktur stabil dan kuat yang menyerupai karang dan makhluk mikroskopik yang dikenali sebagai diatom, menggunakan kombinasi haba dan tekanan untuk memampatkan serpihan kecil graphene. Bentuk yang dihasilkan mempunyai luas permukaan yang besar sesuai dengan isipadu mereka, dan sangat kuat. Mereka kelihatan seperti bola Nerf - benda itu berbentuk bulat, tetapi penuh dengan lubang. Bentuk kompleks ini dikenali sebagai gyroid., dan Buehler mengatakan "mungkin mustahil" untuk membuatnya menggunakan pembuatan konvensional. Untuk ujian makmal, pasukan menggunakan model cetakan 3D gyroid, diperbesar ribuan kali ukuran semula jadi.
Pasukan ini mengarahkan model 3D kepada pelbagai ujian tegangan dan pemampatan mekanikal, menggunakan model teori mereka untuk mensimulasikan tindak balas mekanikal di bawah beban. Dalam salah satu sampel kami memperolehnya dengan a 5% ketumpatan keluli diperoleh 10 kali kekuatan bahan tersebut".
Bahan 3D graphene, dibentuk oleh permukaan melengkung di bawah ubah bentuk, bertindak balas seperti kepingan kertas. Kertas itu mudah berkerut, kerana lebar dan panjangnya tidak kuat. Tetapi apabila kertas digulung ke dalam tiub, daya sepanjang panjang tiub jauh lebih besar. Susunan geometri serpihan graphene selepas rawatan mempunyai konfigurasi yang serupa.
Aplikasi yang mungkin
Di antara kemungkinan aplikasi, ia menonjol ciri geometri yang dijumpai dengan bahan lain dapat digunakan, seperti polimer atau logam, untuk dapatkan kelebihan kekuatan yang serupa dengan kos pengeluaran yang lebih rendah. Ada juga kemungkinan menggunakan partikel polimer atau logam sebagai templat, menggunakan takungan wap kimia sebelum rawatan haba dan tekanan untuk menutupnya dengan graphene. Selepas itu, polimer atau logam dapat dikeluarkan untuk mengekalkan graphene 3D dalam bentuk gyroid. Geometri berliang ini dapat digunakan ketika membangun struktur besar, seperti jambatan. Ia bahkan akan memberikan penebat yang baik untuk jambatan, kerana jumlah ruang udara tertutup.