W druku 3D wykorzystywane są wszelkiego rodzaju materiały obecnie nylony wzmocnione kevlarem i włóknem szklanym. itp. Ale chociaż to prawda ważna jest wytrzymałość materiałów, podobnie jak wewnętrzna struktura obiektu Druk 3D. Niedawno grupa badaczy z MIT opracował jeden z najmocniejszych i najlżejszych materiałów poprzez ściskanie i topienie cząstek grafenu.
Do tej pory badacze mieli trudności z przekształceniem dwuwymiarowej siły grafenu w trójwymiarowe struktury. Ale nowy projekt z MIT, a konfiguracja grafenu podobna do a gąbka, może być dziesięć razy mocniejsza niż stal, przy gęstości zaledwie pięciu procent.
Odkrycia zespołu badawczego MIT zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Science Advances. Współautorem artykułu jest Markus Buehler, profesor inżynierii McAfee i kierownik Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska MIT; Zhao Qin, badacz naukowy w Europie Środkowo-Wschodniej; Absolwent Gang Seob Jung; Oraz Min Jeong Kang Meng, klasa 2016.
W geometrii struktury grafenu jest kluczem
Według MIT ich odkrycia pokazują, że „jest to kluczowy aspekt nowych kształtów 3D ma więcej wspólnego z jego niezwykłą konfiguracją geometryczną niż w przypadku samego materiału, co sugeruje, że podobne właściwości można byłoby uzyskać z różnych materiałów, gdybyśmy zastosowali podobne właściwości geometryczne. »
Zespół wyprodukował plik stabilna i mocna struktura przypominająca korale i mikroskopijne stworzenia znane jako okrzemkiprzy użyciu kombinacji ciepła i ciśnienia do sprasowania małych płatków grafenu. Powstałe kształty mają ogromną powierzchnię proporcjonalną do ich objętości i są niezwykle mocne. Wyglądają jak kule Nerf - są to obiekty okrągłe, ale pełne dziur. Te skomplikowane kształty są znane jako gyroidy., a Buehler powiedział, że „prawdopodobnie niemożliwe” jest ich wytworzenie przy użyciu konwencjonalnej produkcji. W testach laboratoryjnych zespół wykorzystał wydrukowane w 3D modele tarczycy, powiększone tysiące razy w stosunku do ich naturalnych rozmiarów.
Zespół poddał modele 3D różnym mechanicznym testom rozciągania i ściskania, wykorzystując ich modele teoretyczne do symulacji odpowiedzi mechanicznej pod obciążeniem. W jednej z naszych próbek uzyskali to z rozszerzeniem 5% gęstości stali daje 10-krotność wytrzymałości wspomnianego materiału".
Grafen 3D, utworzony przez zakrzywione powierzchnie podczas odkształcania, reaguje jak arkusze papieru. Papier może się łatwo marszczyć, ponieważ nie jest mocny na całej szerokości i długości. Ale kiedy papier jest zwijany w rurkę, siła wzdłuż długości rury jest znacznie większa. Geometryczny układ płatków grafenu po obróbce ma podobną konfigurację.
Możliwe zastosowania
Wśród możliwych zastosowań wyróżnia się to można by wykorzystać cechy geometryczne odkryte w przypadku innych materiałów, takich jak polimery lub metale, w celu uzyskać podobne korzyści w zakresie wytrzymałości przy niższych kosztach produkcji. Istnieje również możliwość wykorzystania cząsteczek polimeru lub metalu jako szablonów, wykorzystując chemiczny zbiornik oparów przed obróbką cieplną i ciśnieniową w celu pokrycia ich grafenem. Następnie można było usunąć polimer lub metal, aby zachować trójwymiarowy grafen w postaci gyroid. Ta porowata geometria może być wykorzystana przy budowie dużych konstrukcji, jak most. Zapewniłoby nawet dobrą izolację mostu ze względu na ilość zamkniętej przestrzeni powietrznej.