麻省理工學院的研究人員開發了一種形式石墨烯這不僅是鋼的強度的10倍,而且只有其密度的5%。
在發表在《雜誌》上的一項研究中科學進步,馬庫斯·布勒(Markus Buehler)及其同事展示了融合和壓縮的石墨烯片是如何生出新材料的,並解決了石墨烯的一些明顯弱點。
石墨烯一直很強 - 所有已知材料中最強 - 但是當材料以3D形成時,其具有二維形式的強度不會延續。這學習解決了這個問題。研究人員沒有改變石墨烯中的某些東西,而是意識到該解決方案在於使用材料的使用方式:以異常的幾何模式形成。
這也表明,通過具有類似的幾何特徵,也可以使其他強大和輕質的材料也更強。
改進石墨烯
較早的研究探索了加強輕質材料,但實驗無法匹配預測的結果。在當前的研究中,研究人員決定將石墨烯分析到其結構中的單個原子,並能夠提出一個數學框架,該數學框架與實驗中的觀察值緊密匹配。
研究人員結合了熱量和壓力,能夠壓縮石墨烯片,形成了與微觀生物相似的強,穩定的結構,稱為矽藻和某些珊瑚。與其體積相比,由於表面積巨大,該結構被證明非常強。
“一旦我們創建了這些3D結構,我們想看看極限是什麼 - 我們可以生產的最強材料是什麼,”說Zhao Qin,研究作者之一。
研究人員在此過程中產生了不同的3D模型,他們都經過了測試。在計算模擬中,正是石墨烯樣品產生的材料具有10倍鋼的強度,但僅佔其密度的5%。
申請
研究人員稱,石墨烯只是一個原子厚,但幾何形狀在沒有添加的情況下給出了新形式強度的幾何形狀也可以用於大規模的結構材料上。例如,諸如橋樑之類的結構的混凝土可以使用多孔幾何學為了使其強度增強,只有一小部分增加的重量。由於該形式具有內部空間,因此它也可用於改善絕緣性能或作為化學或水加工的過濾系統的一部分。
最近,在都柏林三一學院的研究人員將材料與愚蠢的膩子相結合以創建一個足夠敏感的傳感器以測量蜘蛛的腳步之後,石墨烯也發布了新聞。
稱為G-Putty,新材料在電阻下急劇變化,並有絲毫變形或壓力。具體而言,僅將其壓縮或拉伸其通常尺寸的1%將導致電阻的轉移倍數為5倍。
如果其他可以檢測到變形的材料以相同的速率壓縮或拉伸,則將僅觀察到電阻的1%變化。這意味著G-Putty的靈敏度比這些材料高500倍。