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MIT发明3D石墨烯:世界上强度最高最轻巧的材料

导读: 去年1月,麻省理工学院的一支研究团队发现,利用小片的石墨烯,将它们融合成网状结构不仅可以保留材料的强度,而且保持了材料的多孔性态。

长久以来,材料学家就知道,可以通过精心排布碳原子的方式获得强度超高的物质。

例如:石墨烯。迄今为止,石墨烯是人类已知的强度最大的材料,其由在非常薄的二维平面上排列的碳原子所成。

但是它有一个缺点:虽然它的薄度和独特的导电性能值得关注,可是要用石墨烯来制造出有用的三维形态的材料是非常困难的。

去年1月,麻省理工学院的一支研究团队发现,利用小片的石墨烯,将它们融合成网状结构不仅可以保留材料的强度,而且保持了材料的多孔性态。

根据在3D打印模型上进行的实验,研究人员已经确定,这种材料具有独特的几何结构,实际上比石墨烯更强——强度比低碳钢强10倍,但密度只有后者5%。

新发现的超高强度但特别轻巧的材料将会有极其广阔的应用。

如《MIT校报》中所指出

“新的研究结果表明,制造新型3D形式的碳原子材料的关键方面与其非同寻常的几何结构有关,而不是材料本身,这表明类似的坚固轻质材料可以通过为类似材料构造相应的几何特征来得到。”

您可以在下面看到三维石墨烯上的压缩和拉伸测试的模拟结果:

该项研究成果由Markus J. Buehler、Zhao Qin、Gang Seob Jung、Min Jeong Kang等发表在2017年1月6日的Science Advances上。

上图为摘录文章中的数据图:不同原子级、3D打印的螺旋形的机械性能测试

“你可以使用真正的石墨烯材料,也可以使用我们在其他材料(如聚合物或金属)中发现的几何结构。”麻省理工学院土木与环境工程系(CEE)主管兼McAfee工程教授Markus Buehler说,“你可以用任何东西来替代原始材料本身,几何构型才是主要的影响因素,这种认识有可能拓展到很多领域上。”

大型结构项目,如桥梁工程,可以遵循相关几何结构,以确保建筑物坚固耐用。

鉴于现在所使用的材料明显会更加轻便,施工也可能会更加容易。由于其多孔性质,它也可用在过滤系统。

并未参与此项工作的布朗大学工程教授Huajian Gao说,这项研究称“表明将2D材料的优势与材料空间结构设计的力量结合在一起,指出了一条前景光明的研究方向”。(来源:腾讯科技)

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