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多孔,3D石墨烯:麻省理工学院科学家制造“最强,最轻的材料之一”

2019-09-01

多孔,3D石墨烯:麻省理工学院科学家制造“最强,最轻的材料之一”

Graphene3D
这种3D打印的陀螺仪模型用于测试新型轻质材料的强度和机械性能。 照片:Melanie Gonick /麻省理工学院

在原子级的2D形式中,石墨烯是人类已知的最强材料之一,但科学家们一直在努力将薄碳板的强度转化为有用的三维材料。 到现在为止。

在星期五的一则声明中,麻省理工学院(麻省理工学院)的研究人员称,他们“设计了一种最强的轻质材料,通过压缩和熔化石墨烯片,这是一种二维形式的碳。”其中一种变体轻质材料的密度仅为钢的5%,但仍然强10倍。

麻省理工学院研究人员周五在“科学进展”杂志上发表的一项研究也发现,新的多孔3D形式的创建与材料本身关系不大,更多地与研究人员使用的不寻常的几何配置有关,开辟了使用类似的几何特征创建其他轻质和强力材料。

像石墨烯这样的2D材料具有惊人的强度和独特的电性能,但由于它们极薄,不能很容易地用于那些性能非常有用的应用,例如车辆,建筑物或电子设备的制造。

“我们所做的就是实现将这些2D材料转化为三维结构的愿望,”该研究组的负责人,研究的主要作者Markus Buehler,题为“轻量级三维机械与设计”石墨烯组装,“在 。

Buehler领导的研究人员利用热量和压力的结合,压缩了小片石墨烯,产生了类似珊瑚的一种稳定结构和一种叫做硅藻的微观藻类。

“一旦我们创建了这些3D结构,我们就想看看有什么限制 - 我们可以生产的最强材料是什么,”该研究的共同作者赵勤说。

该研究还排除了先前提出的可能性:可以创建比空气更轻的3D石墨烯结构,因此可以在气球中持久地替代氦气。 该研究发现,这种结构的密度非常小,因此在周围气压的作用下会崩溃。

然而,潜在的应用,特别是在研究中确定的几何布置的应用很多。 用这种多孔几何形状制成的混凝土具有与通常相似的强度,但重量只是它通常的一小部分。 混凝土内部的空气空间也使其成为更好的隔热材料。 由于孔隙很小,这种材料也可用于过滤系统。

“你可以用任何东西替换材料本身。 几何是主要因素。 这是有可能转移到许多事情的东西,“Buehler说。


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责任编辑:宿革