Губчатый 3D-графен в десять раз прочнее стали

Комментарий

Лайкни нас на Facebook

3D-графен прочнее и легче стали

credit: Melanie Gonick/MIT


Графен — это невероятно прочный двумерный материал с уникальными электрическими, тепловыми, оптическими и химическими свойствами. К сожалению, его атомарная структура делает этот материал непригодным для массового применения в промышленных изделиях, поскольку в своей естественной форме он состоит из двумерных плоских листов, которые имеют толщину всего лишь одного атома. Но на днях появилась хорошая новость: ученые из MIT создали губчатую 3D-версию графена, плотность которого составляет всего пять процентов от плотности стали, но при этом он в десять раз прочнее стали.

Для того чтобы сделать графен более практичным материалом, ученым потребовалось придумать механизм, как придать ему трехмерную форму. Они сосредоточились на изменении геометрической конфигурации графена, проанализировав модели его поведения на атомарном уровне. А затем использовали полученные данные для создания математической модели теоретически возможной конфигурации графена, которая смогла бы пройти все тесты на нагрузку, растяжение и сжатие. Исследователи обнаружили, что при сжатии малых чешуек графена, под действием тепла и давления, они создают прочные и устойчивые пористые структуры, которые были похожи на кораллы и имели огромную площадь поверхности по отношению к объему. Эти формы позволяют двумерному графену становиться чрезвычайно прочным, аналогично тому, как сложенные в форме тора или цилиндра листы обычной бумаги легко выдерживают значительные нагрузки.

3D-графен

credit: Melanie Gonick/MIT

Материал на основе графена легче и прочнее стали

После построение математический и компьютерной модели геометрической конфигурации графена, ученые использовали 3D-принтер для создания графеновых пористых структур, называемых gyroids. Эти формы затем испытывали на прочность, разрыв и сжатие. Испытания показали, что новый 3D-графен в 10 раз прочнее стали и при этом имеет только 5% ее плотности. Исследователи также обнаружили, что некоторые гипотетические конструкции не работают так, как надо. Например, небольшие графеновые шарики парили в воздухе подобно гелиевым шарам (графен очень легкий материал), но при этом разрушались при нормальном атмосферном давлении.

Ученые говорят, что новый материал на основе графена может применяться для создания более легкого и прочного аналога бетона, с лучшими изоляционными свойствами. Кроме этого, пористые графеновые структуры могут быть использованы в системах фильтрации воды или химических отходов. А также для создания новых видов сверхпрочных полимеров и материалов, которые могут использоваться где угодно — в электронике, в автомобилестроении, космической технике и подобное.

Источник: MIT.


Губчатый 3D-графен в десять раз прочнее стали, 10/01/2017, FSHOKE.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *