Цей надзвичайно легкий матеріал в десять разів міцніше сталі!
У Массачусетському технологічному інституті (Массачусетський технологічний інститут) у США група дослідників розробила матеріал, отриманий з графену, матеріал, що складається з одного атома і має виняткові фізичні властивості. Після пресування графенових пластівців вони 3D надрукували отриманий матеріал з формою, яка робить його здатним витримувати екстремальні тиски. Тільки 5% щільності сталі, але в 10 разів міцніше.
Графен - це алотропна форма вуглецю, подібна до алмазу або графіту. По суті, він складається з тонкого шару атомів графіту. Незважаючи на те, що його тонкість є головним надбанням, крихкість є недоліком виготовлення корисних матеріалів з графену. Насправді товщина класичного двовимірного графена не перевищує одного атома. Як аркуш паперу, він крихкий і легко рветься. Однак дослідники з Массачусетського технологічного університету з'ясували, як досягти міцної та стабільної структури, стискаючи пластівці графена в сітчасту структуру, подібно коралу.
Тому метою є перетворення цього двовимірного матеріалу в тривимірний матеріал. Щоб перевірити міцність 3D-друкованого графена, дослідники створили кілька тривимірних моделей та провели їх під різними тестами. На велике здивування дослідників, модель, структура якої схожа на структуру "коралу", пропонує дивовижні результати, зокрема через товщину її стінок.
Дійсно, коли предмет має дуже товсті стінки, він раптово лопається під тиском. І навпаки, коли його стінки дуже тонкі і пористі, він поступово руйнується і довше зберігає форму. Подібно до того, як міцність паперу збільшується при його згортанні, геометрія 3D-друкованого графена збільшила його здатність витримувати значну вагу. Дійсно, цей останній зразок досягав 5% щільності сталі, але в 10 разів перевищував її міцність.
«Цей висновок показує, що вирішальний аспект нових форм тривимірного друку більше пов’язаний з їх незвичайною геометричною конфігурацією, ніж із самим матеріалом. геометричні візерунки », - говорить команда MIT.
Результати моделювання стиснення та натягу випробувань на 3D друкованому графені. Кредит: Чжао Цинь
Ці переконливі результати спонукали дослідників проводити імітаційні тести з використанням теоретичних моделей, розроблених групою для остаточного досягнення порівнянних результатів, щоб підтвердити вплив геометрії на конструкцію матеріалу. «Ви можете використовувати справжній графен або використовувати геометрію, яку ми виявили, з іншими матеріалами, такими як полімери або метали. Замінити сам матеріал можна чим завгодно. Геометрія є визначальним елементом. Існує багато-багато можливих застосувань », - говорить Маркус Бюлер, директор Департаменту цивільного та екологічного проектування (ЄЕС) MIT.
Для дослідників MIT ця особлива форма цілком може представляти майбутнє легкої інфраструктури. Коли ми знаємо про необхідність ваги та надбавки на поверхні для дослідження космосу, ми, очевидно, думаємо про можливі застосування в цій галузі. Для інженера Чжао Цинь, який брав участь у проекті, цей матеріал міг бути використаний для побудови надлегких конструкцій у космосі.