3D打印塑料件強度超過鋼？MIT已證實并揭示其原理
麻省理工學(xué)院
MIT
多材料
3D打印機
輕質(zhì)材料
最近，麻省理工學(xué)院（MIT）的一個研究小組用多材料3D打印機研究了最強的輕質(zhì)材料之一。通過壓縮和熔化石墨烯片，他們創(chuàng)造出一種密度為鋼的5％、強度為鋼的10倍的材料。
石墨烯被普遍認(rèn)為是最強的2D形式材料，MIT研究人員對其進行了一些激動人心的實驗，并且弄清楚了石墨烯如此之強的原因。該研究成果已發(fā)表在《Science Advances》上。
據(jù)了解，該研究團隊通過對石墨烯片進行熱和壓力的壓縮，最終得到一種超強的形狀，其結(jié)構(gòu)有點像珊瑚、堅固而穩(wěn)定。
這時材料表現(xiàn)得有點像折疊的紙張：展開時，紙張很容易撕破，但當(dāng)它卷成管狀或折疊成更小的形狀時，其強度大大增加。同樣，壓縮后的石墨烯片比未壓縮時強度更大。正是這種不尋常的、類似珊瑚的形狀使得壓縮后的石墨烯變得如此之強，而不是材料本身的性質(zhì)。
意識到這種模式后，研究人員想知道他們能實現(xiàn)怎樣的最大強度。“我們想看看極限在哪里，想知道我們能生產(chǎn)出的、可能的最強材料是什么樣的。”MIT的CEE研究科學(xué)家Zhao Qin說。
當(dāng)把石墨烯結(jié)構(gòu)壓縮至極限時，得到了一種令人難以置信的堅固材料，其密度為鋼的5％，但強度卻是鋼的10倍。通過分析壓縮后的石墨烯片的幾何排列，研究人員能用3D打印機部分重現(xiàn)這種最強材料。
在塑料重現(xiàn)石墨烯超強幾何結(jié)構(gòu)？
在這項研究中，最重要的發(fā)現(xiàn)之一是認(rèn)識到可在其他材料上再現(xiàn)石墨烯的這種超強幾何結(jié)構(gòu)，以便節(jié)省成本或利用其他材料的性能，例如，在塑料及其他更便宜的材料上復(fù)制這種3D形式。
這意味著，科學(xué)家可以更低的成本實現(xiàn)類似于石墨烯的強度。今后我們既可以利用真實的石墨烯材料，也可以利用在石墨烯材料中發(fā)現(xiàn)的這種結(jié)構(gòu)，并用任何其他材料來替換掉石墨烯。
MIT這項研究可能會在許多領(lǐng)域發(fā)揮作用。例如，橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)可帶有與在石墨烯中發(fā)現(xiàn)的多孔幾何形狀相似的形狀，而這種幾何形狀的微小孔隙也可用于水或化學(xué)處理中的過濾系統(tǒng)。
注：部分?jǐn)?shù)據(jù)來源互聯(lián)網(wǎng)，僅供參考
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