Alla typer av material används i 3D-utskrift dessa dagar, Kevlar och glasfiber förstärkt nylon. etc. Men även om det är sant det materialets styrka är viktig, liksom föremålets interna struktur 3D-tryckt. Nyligen har en grupp forskare från MIT utvecklade ett av de starkaste och lättaste materialen genom komprimering och smältning av grafenpartiklar.
Hittills har forskare haft svårt att omvandla grafens tvådimensionella kraft till tredimensionella strukturer. Men den nya designen från MIT, a grafenkonfiguration som liknar a svamp kan den vara tio gånger starkare än stål, med en densitet på bara fem procent.
MIT-forskargruppens resultat rapporterades nyligen i tidskriften Science Advances. Artikeln var medförfattare av Markus Buehler, McAfee professor i teknik och chef för MIT: s institution för civil- och miljöteknik (CEE); CEE vetenskaplig forskare Zhao Qin; Doktorand Gang Seob Jung; Och Min Jeong Kang Meng, klass 2016.
I geometrin i grafen är strukturen nyckeln
Deras resultat, enligt MIT, avslöjar att "den avgörande aspekten av de nya 3D-formerna har mer att göra med sin ovanliga geometriska konfiguration än med själva materialet, vilket tyder på att liknande egenskaper skulle kunna erhållas från en mängd olika material om vi använde liknande geometriska egenskaper. »
Teamet producerade en stabil och stark struktur som liknar koraller och mikroskopiska varelser som kallas kiselalger, med en kombination av värme och tryck för att komprimera små flingor grafen. De resulterande formerna har en enorm yta i proportion till volymen och är utomordentligt starka. De ser ut som Nerf-bollar - de är rundade föremål, men fulla av hål. Dessa komplexa former är kända som gyroider.och Buehler sa att det är "förmodligen omöjligt" att skapa dem med konventionell tillverkning. För laboratorietester använde teamet 3D-tryckta modeller av gyroiderna, förstorade tusentals gånger sin naturliga storlek.
Teamet utsattes för 3D-modellerna för olika mekaniska drag- och kompressionstester med hjälp av sina teoretiska modeller för att simulera det mekaniska svaret under belastning. I ett av våra prover fick de det med en 5% av den erhållna ståltätheten 10 gånger styrkan hos nämnda material".
3D-grafenmaterialet, som bildas av böjda ytor under deformation, reagerar som pappersark. Papperet kan skrynklas lätt eftersom det inte är starkt längs dess bredd och längd. Men när pappret rullas in i ett rör är kraften längs rörets längd mycket större. Det geometriska arrangemanget av grafenflingorna efter behandling har en liknande konfiguration.
Möjliga applikationer
Bland de möjliga applikationerna sticker det ut att geometriska egenskaper upptäckta med andra material kan användas, såsom polymerer eller metaller, för att få liknande hållfasthetsfördelar till lägre produktionskostnad. Det finns också möjlighet att använda polymer- eller metallpartiklar som mallar, använda en kemisk ångbehållare före värme- och tryckbehandlingar för att täcka dem med grafen. Därefter kunde polymeren eller metallen avlägsnas för att hålla 3D-grafen i gyroidform. Denna porösa geometri kan användas när man bygger stora strukturer, som en bro. Det skulle till och med ge bra isolering för bron på grund av mängden stängt luftrum.