محققان م Instituteسسه فناوری ماساچوست (MIT) یکی از قوی ترین و سبک ترین مواد شناخته شده را با فشرده سازی و ترکیب ذرات گرافن ، شکل دو بعدی کربن تولید کرده اند. چگالی محاسبه شده آن تنها 5٪ از چگالی فولاد با ده برابر افزایش مقاومت آن بود. کار مربوطه در مجله Science Advances منتشر شد.
گرافن در شکل اصلی خود قوی ترین ماده شناخته شده است و مطالعات نظری آن از اواخر دهه چهل قرن گذشته آغاز شد. این اولین کریستال دو بعدی جهان است که توسط آندری گیم و کنستانتین نووسلوف در سال 2004 از باریکترین فیلمهای گرافیتی روی یک لایه اکسید شده سیلیکون بدست آمده است. به خاطر این دستاورد ، شش سال بعد جایزه نوبل فیزیک به آنها اهدا شد.
از زمان تأسیس گرافن ، روشهای تولید آن در مقیاس صنعتی توسعه یافته است. در حال حاضر پیشرفتی در این زمینه حاصل شده است ، با این حال ، هنوز نمی توان با موفقیت آن را به یک شکل سه بعدی موثر تبدیل کرد - ویژگی های مهم این ماده استثنایی از بین رفت و قدرت آن چندین مرتبه از اندازه کمتر از حد پیش بینی شده بود.
برای حل این مشکل ، مهندسان در MIT بر پیکربندی هندسی مورد نیاز گرافن فله تمرکز کردند. آنها رفتار آن را تا سطح اتمی تجزیه و تحلیل کردند ، و سپس از داده های به دست آمده برای ایجاد یک مدل ریاضی و شبیه سازی رایانه ای استفاده کردند. نتیجه گیری نهایی دقیقاً مطابق با مشاهدات تجربی بود که در ابتدا با مدلهای بزرگنمایی شده هزار برابر از مواد دیگر ، چاپ شده روی چاپگر سه بعدی با وضوح بالا انجام شد.
به گفته مارکوس بوئلر ، رئیس مهندسی عمران و محیط زیست در MIT ، مواد 2 بعدی معمولاً برای ایجاد اشیا سه بعدی قابل استفاده در ساخت ساختمانها بسیار مفید نیستند. اما مدل سازی رایانه ای غلبه بر این مشکل را ممکن ساخت و هندسه عامل تعیین کننده موفقیت شد.
در نتیجه ، محققان توانستند با فشرده سازی و حرارت دادن پوسته های کوچک گرافن ، یک ماده متخلخل قوی و پایدار ایجاد کنند. ساختار آن ، یادآور برخی مرجان ها و دیاتوم های میکروسکوپی ، دارای یک سطح عظیم نسبت به حجم است. به عنوان ژیروئید شناخته می شود - شکل تکراری مداوم با حداقل سطح دوره ای سه گانه ، که توسط آلن شوئن از ناسا در سال 1970 توصیف شده است.
در MIT خاطرنشان شد: "نتایج نشان می دهد که جنبه حیاتی شکل های سه بعدی جدید بیشتر از اینکه با خود ماده باشد به پیکربندی هندسی غیرمعمول آنها مربوط می شود."
طبق گفته مهندسان موسسه ، چنین هندسی را می توان حتی در مصالح ساختاری در مقیاس بزرگ مانند بتن نیز به کار برد. و این ساختار متخلخل نه تنها باعث افزایش مقاومت می شود ، بلکه به لطف هوای داخل آن عایق حرارتی خوبی نیز ایجاد می کند.
ماركوس بوئلر نتیجه گیری كرد: "شما می توانید از گرافن واقعی به عنوان ماده استفاده كنید ، یا هندسی را كه كشف كرده ایم در تركیب با مواد دیگر مانند پلیمرها یا فلزات به كار بگیرید."
