石墨烯用于開發(fā)比鋼材強10倍的輕質材料

麻省理工學院的研究人員使用2D形式的石墨烯開發(fā)出一種比鋼強10倍的輕質3D材料。麻省理工學院的研究人員使用石墨烯開發(fā)了一種輕質材料，其強度比鋼材強10倍，可用于制造車輛和設備，以及建筑施工。麻省理工學院土木與環(huán)境工程系(CEE)的一組研究人員設計了3D材料 - 通過壓縮和融合石墨烯(一種二維形式的碳)來制造最輕，最強的3D材料。他們說，結果是海綿狀配置，密度僅為5%，非常強勁。二維形式的石墨烯被認為是已知材料中最強的材料之一，但直到現(xiàn)在，它在二維世界中的強度難以用3D材料轉化，麻省理工學院民用系研究生Gang Seob Jung說。和環(huán)境工程。

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麻省理工學院的研究人員使用2D形式的石墨烯開發(fā)出一種比鋼強10倍的輕質3D材料。

“石墨烯具有非凡的強度，但由于其非凡的薄度，它對于制造可用于車輛，建筑物或設備的3D散裝材料并不十分有用，”Jung告訴Design News。“我們所做的就是實現(xiàn)將石墨烯轉化為三維結構的愿望。”

他說，該團隊的發(fā)現(xiàn)表明，新3D形狀的幾何配置是其特性的主導因素以及使用石墨烯設計它們的成功。Jung說，這意味著幾何設計也有可能轉移到其他材料，這是工作的一個關鍵優(yōu)勢。

該團隊在“科學進展”雜志上發(fā)表了一份關于其研究的報告。

研究人員通過結合熱和壓力壓縮石墨烯的小片來開發(fā)這種材料。他們說，這個過程產(chǎn)生了一個強大，穩(wěn)定的結構，其形狀類似于一些叫做硅藻的珊瑚和微觀生物。

“一旦我們創(chuàng)建了這些3D結構，我們就想看看有什么限制 - 我們可以生產(chǎn)的最強材料是什么，”中東歐地區(qū)麻省理工學院研究科學家趙勤說。為此，他們創(chuàng)建了各種3D模型，并在計算模擬中進行了測試。他們在拉伸加載機中進行壓縮試驗，發(fā)現(xiàn)其中一個樣品的鋼密度為5%，但強度是其10倍，他說。

“我們在研究中引入的結構可以降低典型材料的密度而不會顯著降低其機械性能，”Jin說。“大多數(shù)材料都采用這種結構以獲得更好的性能。然而，由于傳統(tǒng)制造方法可能過于復雜，因此可以與3D打印機一起使用的材料都是應用的候選材料。“

該團隊開發(fā)的材料在建筑，基礎設施和建筑方面具有應用，“通常最終可能有助于減少傳統(tǒng)材料(如鋼材)的使用，從而有效降低建筑重量和人工成本，”秦說。 。“這種碳材料的高強度和高耐化學性也有助于使建筑和基礎設施更具彈性，”他補充說。

Jung說，研究人員計劃通過應用他們的方法開發(fā)其他材料繼續(xù)他們的工作，并進行其他實驗和研究以改善材料的特性和性能。

“由于我們的發(fā)現(xiàn)表明幾何效應很重要，我們可以通過3D打印解決聚合物或其他材料設計的更多細節(jié)，”他說。“我們可能會引入由生物材料激發(fā)的異質性或層次結構來精細調整以獲得更好的機械性能。”