В MIT разработали самый легкий материал

Пелевин Н. . Технологии 868 Нет комментариев

Новый легкий материал

Команда исследователей из Массачусетского технологического института разработала один из самых легких материалов, который состоит из графена — двумерной формы углерода. Он имеет плотность всего 5%, а показатели прочности могут достигать отметок, превышающих силу стали в 10 раз.

В своей двумерной форме, графен считается одним из самых прочных материалов, но до некоторого времени исследователи не могли понять, как из него возможно сделать полезные трехмерные материалы. Результаты последних исследований показывают, что геометрическая конфигурация имеет меньшее значение, чем предполагалось, а прочные материалы с аналогичными функциями могут создаваться путем объединения различных компонентов.

В статье Маркуса Бюлера (Markus Buehler), которая была опубликована в журнале Science Advances, были приведены выводы сообщества относительно нового материала. Над статьей работало множество людей со всего мира, включая текущих, и выпустившихся студентов MIT.

Структура материала

Многие другие группы ранее предлагали различные варианты создания легких материалов, но лабораторные исследования не подтверждали их эффективность, а прогнозы не сбывались, так как прочность продуктов была намного меньше, чем предполагалось. Команда MIT проанализировала поведение материалов на атомном уровне. Они были в состоянии воспроизвести математическую формулу, с помощью которой можно было бы добиться результатов, схожих с реальными показателями.

Двумерные материалы представляют собой плоские листы, толщина которых равняется одному атому. В изменениях более высокого уровня, они могут иметь исключительную прочность, а также обладать электрическими свойствами. Именно маленькая толщина компонентов ставила под сомнение возможность создания материалов для 3d принтеров, которые могли бы использоваться для производства различных изделий.

Во время своей работы, команда MIT научилась воздействовать на хлопья графена, используя сочетание тепла и давления. Этот процесс позволил произвести сильную и стабильную структуру, внешний вид которой напоминает кораллы, обитающие на морском дне. Несмотря на свою достаточно большую площадь поверхности, материал оказался достаточно сильным. Команда исследователей в ближайшем будущем планирует произвести различные 3d модели и вычислительные симуляции, которые помогут определить прочность материалов в разных условиях нагрузки, включая растяжение, сжатие и нагрузку. Один из образцов имеет 5% плотность стали, но прочней ее в 10 раз.

По словам Бюлера, руководителя проекта, их материал по своим свойствам напоминает лист бумаги, который в своем первоначальном виде достаточно легко разрушается и деформируется, но стоит его скрутить в трубку, как ситуация кардинально меняется. Аналогичное расположение хлопьев графена создает аналогичную ситуацию, что позволяет добиться очень сильной конфигурации.

Новые материалы были испытаны в лабораторных условиях при помощи 3d принтеров высокого разрешения, способных работать с несколькими наполнителями. Результаты исследований точно соответствовали подсчетам по формуле, которая была разработана ранее. Благодаря таким экспериментам, команда MIT возможно сможет создать материал, который будет намного легче воздуха, но крепче любого металла. Но пока что, из-за низкой плотности наполнители из графена не обладают достаточной прочностью и могут разрушаться под воздействием давления воздуха.

Необычные геометрические фигуры, которые формируются при естественном возникновении графена, к сожалению, воспроизвести в трехмерном пространстве в ближайшее время вряд ли представляется возможным. Именно из-за этого, нельзя добиться необходимой прочности, что значительно сужает круг использования таких наполнителей в традиционном и 3d производстве. Поскольку новый материал от MIT пронизан порами различного диаметра, возможно он найдет свое применение в системах фильтрации воды или химической обработки.

Благодаря стремительному развитию 3d технологий, исследователи со всего мира пытаются создать универсальный и прочный материал. Команда из Массачусетского технологического университета приблизилась к этой цели еще на один шаг, но сколько таких шагов нужно совершить, пока остается неизвестным никому.

Комментировать