MIT打印强度为钢10倍的结构材料

有没想过有一天热气球不再是现在的热气球样子,你无需需要一个真正的气球,而是需要一个比空气轻的材料,就可以乘着它漫游天空?

麻省理工的科学家们正是这么想的,他们尝试通过3D打印石墨烯材料发明这样的“热气球”,然而,他们发现他们发明的结构可能做热气球并不合适,但这种比空气轻、强度为钢的10倍的结构材料却打开了建筑领域的应用前景。

mit-lightweight-1_0图片:麻省理工的超轻超硬结构材料

没错!只是看图片,你或许会以为这种材料是珊瑚。这样的颜色,这样的画风给人感觉似乎离刚性强这样的力学特征很远。然而,奥妙正式来自于其看似曼妙的外观结构…

mit-lightweight-1_3来源:3ders

(A)三维石墨烯的几种建模结构,包括从左到右,均匀分布的碳原子结构;具有三角形晶格的螺旋结构,进一步精细化为具有六角形晶格的螺旋结构。 (B)从左到右L = 3,5,10,15,20 nm五种大小的结构。(C)各种L值和壁厚的3D打印样品。(D)和(E) 3D打印样品的拉伸和冲击试验。

麻省理工学院的研究小组使用了一种高精度多材料3D打印机来制造这种强大的轻质材料。通过熔融石墨烯薄片,研究人员能够制造出超强大的三维结构。

mit-lightweight-1_2来源:MIT

重新设置石墨烯结构的想法类似于一张纸的形式变化: 当你把一张纸卷成管状,它的强度远大于压平或者弄皱的时候,管状形式因为他们的承受力加强已经在建筑中得到应用, ,芝加哥的威利斯大厦, 就使用了一个管状结构体系。3D打印技术使得最聪明的材料工程师可以用全新的形状和形式进行实验,通过结构提升材料的强度。

麻省理工学院的这项研究成果发表在Science Advances上,通过压缩薄片状的石墨烯,结合热和压力,最终产生一个强大的,稳定的结构,看起来有点像珊瑚。这种材料的意义在于对于建筑的环保也非常有利,它的多孔结构和增大的表面积可以过滤水或空气,对于未来的绿色建筑结构有潜在的应用前景。如果将这种结构放大几十倍几百倍用于建筑,碳元素材料带来稳定的化学和机械性能,面对类似于超强风暴,涨潮等外界因素,这种材料的特性可以使得建筑具有更好的韧性。

科学家们越来越发现结构和形状对于实现材料本身的强度同样重要。这样的结构性材料的潜在应用并不紧紧局限于地球上的建筑。还可以用来在太空建造空间站,甚至在其他星球上建造人类移居地,尤其是轻质建筑材料可以显著降低成本。

有趣的是科学家们发现这种结构材料如此强大,却不是材料本身的属性。通过复制其他材料,如塑料和金属,同样可以获得超强的力学性能结果。

这个发现可能会在许多领域产生影响,例如混凝土结构,桥梁,而这些微小的几何形状也可以被证明是有用的过滤系统,无论是用于水过滤或是化学过滤处理。

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