Tất cả các loại vật liệu đang được sử dụng trong in 3D ngày nay, Kevlar và các dây nylon được gia cố bằng sợi thủy tinh. Vân vân. Nhưng trong khi đúng là sức mạnh của vật liệu là quan trọng, cấu trúc bên trong của vật thể cũng vậy In 3D. Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ MIT đã phát triển một trong những vật liệu mạnh nhất nhưng nhẹ nhất bằng cách nén và làm nóng chảy các hạt graphene.
Cho đến nay, các nhà nghiên cứu gặp khó khăn trong việc chuyển đổi lực hai chiều của graphene thành các cấu trúc ba chiều. Nhưng thiết kế mới từ MIT, a cấu hình graphene tương tự như một bọt biển, nó có thể cứng hơn thép mười lần, với mật độ chỉ năm phần trăm.
Phát hiện của nhóm nghiên cứu MIT gần đây đã được báo cáo trên tạp chí Science Advances. Bài báo được đồng tác giả bởi Markus Buehler, giáo sư kỹ thuật McAfee và trưởng Khoa Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường của MIT (CEE); Nhà nghiên cứu khoa học Zhao Qin của CEE; Nghiên cứu sinh Gang Seob Jung; Và Min Jeong Kang Meng, lớp năm 2016.
Trong hình học cấu trúc Graphene là chìa khóa
Theo MIT, phát hiện của họ tiết lộ rằng "khía cạnh quan trọng của các hình dạng 3D mới liên quan nhiều hơn đến cấu hình hình học bất thường của nó so với bản thân vật liệu, cho thấy rằng các tính chất tương tự có thể thu được từ nhiều loại vật liệu nếu chúng ta sử dụng các đặc điểm hình học tương tự. »
Nhóm đã sản xuất một cấu trúc ổn định và mạnh mẽ giống như san hô và các sinh vật cực nhỏ được gọi là tảo cát, sử dụng kết hợp nhiệt và áp suất để nén các mảnh graphene nhỏ. Các hình dạng thu được có diện tích bề mặt rất lớn tương ứng với thể tích của chúng và cực kỳ mạnh mẽ. Chúng trông giống như những quả bóng Nerf - chúng là những vật thể tròn trịa, nhưng đầy lỗ. Những hình dạng phức tạp này được gọi là con quay hồi chuyển., và Buehler cho biết "có lẽ là không thể" để tạo ra chúng bằng cách sử dụng sản xuất thông thường. Đối với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô hình in 3D của các con quay, được phóng to lên hàng nghìn lần kích thước tự nhiên của chúng.
Nhóm nghiên cứu đã đưa các mô hình 3D vào các thử nghiệm kéo và nén cơ học khác nhau, sử dụng các mô hình lý thuyết của chúng để mô phỏng phản ứng cơ học khi chịu tải. Trong một trong các mẫu của chúng tôi, họ đã thu được điều đó với 5% mật độ của thép thu được độ bền gấp 10 lần vật liệu nói trên".
Vật liệu graphene 3D, được hình thành bởi các bề mặt cong khi bị biến dạng, phản ứng giống như các tờ giấy. Giấy có thể dễ bị nhăn vì dọc theo chiều rộng và chiều dài của nó không bền. Nhưng khi cuộn giấy thành một ống, lực dọc theo chiều dài của ống lớn hơn nhiều. Sự sắp xếp hình học của các mảnh graphene sau khi xử lý có cấu hình tương tự.
Ứng dụng khả thi
Trong số các ứng dụng có thể, nó nổi bật rằng Các tính năng hình học được phát hiện với các vật liệu khác có thể được sử dụng, chẳng hạn như polyme hoặc kim loại, để có được lợi thế sức mạnh tương tự với chi phí sản xuất thấp hơn. Cũng có khả năng sử dụng các hạt polyme hoặc kim loại làm khuôn mẫu, sử dụng bình chứa hơi hóa chất trước khi xử lý nhiệt và áp suất để phủ graphene lên chúng. Sau đó, polymer hoặc kim loại có thể được loại bỏ để giữ graphene 3D ở dạng con quay hồi chuyển. Hình dạng xốp này có thể được sử dụng khi xây dựng các cấu trúc lớn, giống như một cây cầu. Nó thậm chí sẽ cung cấp cách nhiệt tốt cho cây cầu, do lượng không phận bị đóng cửa.