Pri 3D tlači sa používajú všetky druhy materiálov v dnešnej dobe sú nylony vystužené kevlarom a sklenenými vláknami. atď. Ale aj keď je pravda, že dôležitá je pevnosť materiálov, rovnako tak aj vnútorná štruktúra objektu 3D tlačené. Nedávno skupina výskumníkov z Spoločnosť MIT vyvinula jeden z najpevnejších a najľahších materiálov lisovaním a tavením grafénových častíc.
Doteraz mali vedci ťažkosti s premenou dvojrozmernej sily grafénu na trojrozmerné štruktúry. ale nový dizajn od spoločnosti MIT, a konfigurácia grafénu podobná a špongia, môže byť desaťkrát silnejšia ako oceľ a má hustotu iba päť percent.
Zistenia výskumného tímu MIT boli nedávno zverejnené v časopise Science Advances. Spoluautorom článku bol Markus Buehler, profesor inžinierstva v McAfee a vedúci Katedry stavebného a environmentálneho inžinierstva (CEE) na MIT; Vedecký pracovník v strednej a východnej Európe Zhao Qin; Postgraduálny študent Gang Seob Jung; A Min Jeong Kang Meng, trieda 2016.
V geometrii grafénovej štruktúry je kľúč
Ich objavy podľa MIT odhaľujú, že „rozhodujúcim aspektom nových 3D tvarov má viac spoločného s neobvyklou geometrickou konfiguráciou než s materiálom samotným, čo naznačuje, že podobné vlastnosti by sa dali získať z rôznych materiálov, keby sme použili podobné geometrické charakteristiky. »
Tím vyprodukoval a stabilná a silná štruktúra, ktorá pripomína koraly a mikroskopické tvory známe ako rozsievkypomocou kombinácie tepla a tlaku na stlačenie malých vločiek grafénu. Výsledné tvary majú proporčne k objemu veľký povrch a sú mimoriadne silné. Vyzerajú ako Nerfove gule - sú to zaoblené predmety, ale plné dier. Tieto zložité tvary sú známe ako gyroidy.a Buehler uviedol, že je „pravdepodobne nemožné“ vytvoriť ich pomocou konvenčnej výroby. Na laboratórne testy použil tím 3D tlačené modely gyroidov, zväčšené tisíckrát oproti ich prirodzenej veľkosti.
Tím podrobil 3D modely rôznym mechanickým ťahovým a kompresným testom, pričom pomocou svojich teoretických modelov simuloval mechanickú odozvu pri zaťažení. V jednej z našich vzoriek ich získali pomocou a 5% hustoty ocele získalo 10-násobok pevnosti uvedeného materiálu".
Materiál 3D grafén, tvorený deformovanými zakrivenými povrchmi, reaguje ako listy papiera. Papier sa môže ľahko pokrčiť, pretože nie je silný po svojej šírke a dĺžke. Ale keď sa papier zroluje do tuby, sila po celej dĺžke tuby je oveľa väčšia. Geometrické usporiadanie grafénových vločiek po úprave má podobnú konfiguráciu.
Možné aplikácie
Medzi možnými aplikáciami vyniká tým, že mohli by sa použiť geometrické prvky objavené pri iných materiáloch, ako sú polyméry alebo kovy, aby získať podobné pevnostné výhody pri nižších výrobných nákladoch. Existuje tiež možnosť použiť ako šablóny polymérové alebo kovové častice a pred tepelným a tlakovým spracovaním použiť zásobník chemickej pary na ich pokrytie grafénom. Následne sa mohol polymér alebo kov odstrániť, aby sa 3D grafén udržal vo forme gyroidu. Túto pórovitú geometriu je možné použiť pri stavbe veľkých štruktúr, ako most. Poskytlo by to dokonca dobrú izoláciu mosta kvôli množstvu uzavretého vzdušného priestoru.