Alle slags materialer blir brukt i 3D-utskrift i disse dager forsterket Kevlar og glassfiber nylon. etc. Men mens det er sant det materialets styrke er viktig, det samme er den indre strukturen til objektet 3D-trykt. Nylig har en gruppe forskere fra MIT utviklet et av de sterkeste og letteste materialene ved komprimering og smelting av grafenpartikler.
Fram til nå har forskere hatt problemer med å konvertere grafens todimensjonale kraft til tredimensjonale strukturer. Men det nye designet fra MIT, a grafenkonfigurasjon som ligner på en svamp, kan den være ti ganger sterkere enn stål, med en tetthet på bare fem prosent.
MIT-forskergruppens funn ble nylig rapportert i tidsskriftet Science Advances. Artikkelen var medforfatter av Markus Buehler, professor i ingeniørfag McAfee og leder for MITs institutt for sivil- og miljøteknikk (CEE); CEE vitenskapelig forsker Zhao Qin; Avgangsstudent Gang Seob Jung; Og Min Jeong Kang Meng, klasse 2016.
I geometrien til grafen er strukturen nøkkelen
Ifølge MIT avslører deres funn at "det avgjørende aspektet ved de nye 3D-figurene har mer å gjøre med sin uvanlige geometriske konfigurasjon enn med selve materialet, noe som tyder på at lignende egenskaper kunne oppnås fra en rekke materialer hvis vi brukte lignende geometriske egenskaper. »
Teamet produserte en stabil og sterk struktur som ligner koraller og mikroskopiske skapninger kjent som diatomer, ved å bruke en kombinasjon av varme og trykk for å komprimere små flak av grafen. De resulterende formene har et enormt overflateareal i forhold til volumet, og er ekstraordinært sterke. De ser ut som Nerf-baller - de er avrundede gjenstander, men fulle av hull. Disse komplekse formene er kjent som gyroider.og Buehler sa at det er "sannsynligvis umulig" å lage dem ved bruk av konvensjonell produksjon. For laboratorietester brukte teamet 3D-trykte modeller av gyroider, forstørret tusenvis av ganger sin naturlige størrelse.
Teamet utsatte 3D-modellene for ulike mekaniske strekk- og kompresjonstester ved å bruke sine teoretiske modeller for å simulere den mekaniske responsen under belastning. I en av prøvene våre fikk de det med en 5% av tettheten av stål oppnådd 10 ganger styrken av materialet".
3D-grafenmaterialet, dannet av buede overflater under deformasjon, reagerer som papirark. Papiret kan rynke lett, fordi det ikke er sterkt langs bredden og lengden. Men når papiret rulles inn i et rør, er kraften langs rørets lengde mye større. Det geometriske arrangementet av grafenflakene etter behandling har en lignende konfigurasjon.
Mulige bruksområder
Blant de mulige applikasjonene skiller det seg ut at geometriske trekk oppdaget med andre materialer kan brukes, slik som polymerer eller metaller, for å oppnå lignende styrkefordeler til en lavere produksjonskostnad. Det er også muligheten for å bruke polymer- eller metallpartikler som mal, ved å bruke et kjemisk dampreservoar før varme- og trykkbehandlinger for å dekke dem med grafen. Deretter kan polymeren eller metallet fjernes for å holde 3D-grafen i skjoldbruskkjertelen. Denne porøse geometrien kan brukes når man bygger store strukturer, som en bro. Det ville til og med gi god isolasjon for broen på grunn av mengden lukket luftrom.