Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'ndeki (MIT) araştırmacılar, iki boyutlu bir karbon formu olan grafen pullarını sıkıştırarak ve kaynaştırarak bilinen en güçlü ve en hafif malzemelerden birini ürettiler. Hesaplanan yoğunluğu, mukavemetinde on kat artışla çeliğin yoğunluğunun yalnızca% 5'i kadardı. İlgili çalışma Science Advances dergisinde yayınlandı.
Orijinal haliyle grafen, bilinen tüm malzemelerin en güçlüsü olarak kabul edilir ve teorik çalışmaları geçen yüzyılın sonlarında kırklı yılların sonlarında başladı. Bu, Andrey Geim ve Konstantin Novoselov tarafından 2004 yılında oksitlenmiş bir silikon substrat üzerindeki en ince grafit filmlerden elde edilen dünyanın ilk iki boyutlu kristali. Bu başarı için altı yıl sonra Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüler.
Grafenin başlangıcından bu yana, endüstriyel ölçekte üretimi için yöntemler geliştirilmiştir. Bu konuda bir miktar ilerleme sağlanmıştır, ancak henüz başarılı bir şekilde etkili bir üç boyutlu forma dönüştürmek mümkün olmamıştır - bu istisnai malzemenin önemli özellikleri kayboldu ve gücü tahmin edilenden birkaç kat daha düşüktü.
Bu sorunu çözmek için, MIT'deki mühendisler yığın grafenin gerekli geometrik konfigürasyonuna odaklandılar. Davranışını atomik seviyeye kadar analiz ettiler ve daha sonra elde edilen verileri matematiksel bir model ve bilgisayar simülasyonu oluşturmak için kullandılar. Nihai sonuçlar, başlangıçta diğer malzemelerden bin kat büyütülmüş, yüksek çözünürlüklü bir 3D yazıcıda basılmış modellerle gerçekleştirilen deneysel gözlemlerle tam olarak uyumluydu.
MIT'de inşaat ve çevre mühendisliği müdürü Markus Buehler'e göre, 2B malzemeler genellikle binaların yapımında kullanılabilecek 3B nesneler oluşturmak için pek kullanışlı değildir. Ancak bilgisayar modelleme, bu sorunun üstesinden gelmeyi mümkün kıldı ve geometri, başarı için belirleyici faktör haline geldi.
Sonuç olarak, araştırmacılar küçük grafen pullarını sıkıştırarak ve ısıtarak güçlü ve stabil bir gözenekli malzeme oluşturabildiler. Bazı mercanları ve mikroskobik diyatomları anımsatan yapısı, hacme göre çok büyük bir yüzey alanına sahiptir. Bu, 1970 yılında NASA'dan Alan Schoen tarafından tanımlanan, üçlü periyodik minimum yüzeye sahip sürekli tekrar eden bir şekil olan bir jiroid olarak bilinir.
MIT'de "Sonuçlar, yeni üç boyutlu şekillerin hayati yönünün, malzemenin kendisinden çok olağandışı geometrik konfigürasyonlarıyla ilgisi olduğunu gösteriyor" dedi.
Enstitünün mühendislerine göre, bu tür geometri, beton gibi inşaattaki büyük ölçekli yapısal malzemelere bile uygulanabilir. Ve bu gözenekli yapı, içindeki hava sayesinde sadece daha fazla mukavemet sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda iyi bir ısı yalıtımı da sağlayacaktır.
Markus Buehler, "Ya gerçek grafeni bir malzeme olarak kullanabilir ya da keşfettiğimiz geometriyi polimerler veya metaller gibi diğer malzemelerle birlikte uygulayabilirsiniz" dedi.
