γραφενίο 3D MIT - έχει τη μεγαλύτερη δύναμη στο κόσμο με την αναλογία βάρους

Το MIT υλικού γραφενίου έχει τα καλύτερα δύναμη του κόσμου στην αναλογία βάρους:  μια ομάδα ερευνητών στο MIT έχει σχεδιάσει ένα από τα ισχυρότερα και ελαφριά υλικά στον κόσμο, με τη συμπίεση και σύντηξη νιφάδες γραφενίου. Αυτό το νέο υλικό, ένα σπογγοειδές διαμόρφωση με πυκνότητα μόλις 5 τοις εκατό, δίδει τη δύναμη 10 φορές αυτή του χάλυβα . σε δύο διαστάσεις, γραφένιο θεωρείται ευρέως ως η ισχυρότερη όλων των γνωστών υλικών. αλλά οι ερευνητές μέχρι τώρα είχαν δυσκολία μεταφράζοντας ότι η δισδιάστατη αντοχής σε χρήσιμα 3D υλικά.

Όλες οι εικόνες © MIT

Τα ευρήματα του ΜΙΤ αποδεικνύουν ότι η κρίσιμη πτυχή της νέας 3D μορφές έχει να κάνει περισσότερο με την ασυνήθιστη γεωμετρική διαμόρφωση των χώρων τους, παρά με το ίδιο το υλικό. μετά την ανακάλυψη Αυτή η γεωμετρία της ομάδας 3D τυπωμένο διάφορα μοντέλα και τους υπέβαλαν σε τεστ συμπίεσης για να δούμε πώς θα αντιδράσουν. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι παρόμοια ισχυρά, ελαφρά υλικά θα μπορούσαν να γίνουν από ένα διάφορα στοιχεία, δημιουργώντας παρόμοια γεωμετρικά χαρακτηριστικά.

η ομάδα ήταν σε θέση να συμπιέσει τις νιφάδες γραφενίου χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό θερμότητας και πίεσης. Αυτή η διαδικασία παρήγαγε μια ισχυρή, σταθερή δομή του οποίου η μορφή θυμίζει μερικές κοράλλια και τα μικροσκοπικά πλάσματα που ονομάζεται διάτομα. Αυτά τα σχήματα, τα οποία έχουν τεράστια επιφάνεια σε αναλογία με τον όγκο τους, αποδείχθηκε ότι είναι εξαιρετικά ισχυρή. τη στιγμή που η ομάδα δημιούργησε αυτά τα 3D δομές, που ήθελαν να δουν σε ποιο βαθμό θα μπορούσε να ωθήσει το όριο αυτό και ρωτούσαν, «τι είναι το ισχυρότερο δυνατό υλικό μπορούμε να παράγουμε;». δημιούργησαν μια ποικιλία μοντέλων 3D και στη συνέχεια να τους υποβάλλονται σε διάφορες δοκιμές. σε προσομοιώσεις σε υπολογιστή, τα οποία μιμούνται τις συνθήκες φόρτισης στις δοκιμές εφελκυσμού και συμπίεσης που εκτελείται σε μία μηχανή φόρτιση εφελκυσμού, διαπιστώθηκε ότι ένα από τα δείγματα έχει 5 τοις εκατό, η πυκνότητα του χάλυβα, αλλά 10 φορές η δύναμη.

οι νέες ρυθμίσεις έγιναν στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας ένα υψηλής ανάλυσης, multimaterial 3D εκτυπωτή. έχουν μηχανικά ελεγχθεί για εφελκυσμό και θλίψη ιδιότητες και μηχανική απάντηση τους στο πλαίσιο φόρτωσης προσομοιώθηκε με τη χρήση θεωρητικών μοντέλων της ομάδας. Τα αποτελέσματα από τα πειράματα και προσομοιώσεις συμφωνημένα ακρίβεια. οι νέες, πιο ακριβή αποτελέσματα, με βάση ατομιστικής-υπολογιστική μοντελοποίηση από την ομάδα του MIT, απέκλεισε το ενδεχόμενο προταθεί προηγουμένως από άλλες ομάδες: ότι μπορεί να είναι δυνατό να κάνετε κατασκευές 3D γραφενίου τόσο ελαφρύ που θα πραγματικά να είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ανθεκτική αντικατάσταση του ηλίου σε μπαλόνια . οι τρέχουσες δείχνει εργασία, ωστόσο, ότι σε τόσο χαμηλές πυκνότητες, το υλικό δεν θα έχει επαρκή αντοχή και θα κατέρρεε από τον περιβάλλοντα πίεσης του αέρα.

αλλά πολλές πιθανές εφαρμογές του υλικού θα μπορούσε τελικά να είναι εφικτό, λένε οι ερευνητές, για χρήσεις που απαιτούν ένα συνδυασμό εξαιρετικής αντοχής και μικρού βάρους. το υλικό graphene 3D μπορούν τώρα να χρησιμοποιηθούν, ή τη γεωμετρία ανακαλύφθηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος μπορεί να εφαρμοστεί σε διάφορα υλικά, όπως μέταλλα ή πολυμερή.

«θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε είτε το πραγματικό υλικό γραφένιο ή χρησιμοποιήστε τη γεωμετρία ανακαλύψαμε με άλλα υλικά, όπως πολυμερή ή μέταλλα,« σχόλια Markus ι. Buehler, επικεφαλής του τμήματος ΜΙΤ της πολιτικής και περιβαλλοντικής μηχανικής. συνεχίζει «μπορείτε να αντικαταστήσετε το ίδιο το υλικό με τίποτα. η γεωμετρία είναι ο κυρίαρχος παράγοντας. είναι κάτι που έχει τη δυνατότητα να μεταφέρει σε πολλά πράγματα. »