Mỗi ngày một phát minh (61): Graphene 3D cứng gấp 10 lần thép

10-08-2018

(Kyluc.vn- Vietkings) Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng bằng cách nén các mảnh graphene nhỏ dưới sức nóng và áp suất, chúng có thể tạo ra các cấu trúc xốp bền chắc, tương tự như san hô và có diện tích bề mặt rất lớn đối với tỷ lệ thể tích.

Graphene được biết đến là một bán kim loại với sự chồng chéo nhỏ giữa các dải dẫn và  nguyên tử. Nó là một dạng đồng vị của carbon bao gồm một lớp nguyên tử cacbon được sắp xếp trong một mạng lục giác. Chúng  là thành phần cấu trúc cơ bản của nhiều phân bố khác của carbon, như than chì, kim cương, than, ống nano cacbon và fullerene.

 

 

Mô hình 3D được sử dụng để kiểm tra độ bền và tính chất cơ học của vật liệu nhẹ mới (Credit: Melanie Gonick / MIT)

Nó cực kỳ cứng và có các tính chất điện, nhiệt, quang học và hóa học độc đáo, nhưng theo một số cách, cấu trúc hai chiều của Graphene làm cho nó giống như laser trong thập niên 1960. Để cung cấp cho graphene một chiều hướng mới, một nhóm các nhà khoa học MIT đã phát triển một phiên bản 3D giống như bọt biển chỉ có 5% mật độ thép, nhưng cứng gấp mười lần.

Graphene từ lâu đã thu hút các nhà khoa học vật chất, nhưng ở dạng bình thường của nó nó bao gồm các tấm phẳng hai chiều chỉ dày một nguyên tử, nhưng về mặt lý thuyết có thể kéo dài vô hạn trong chiều rộng và chiều sâu. Để làm cho graphene trở thành vật liệu kỹ thuật thực tế, nó cần phải được tắng cường thành một dạng ba chiều.

Để làm điều này, nhóm MIT phân tích hành vi của graphene xuống mức nguyên tử, sau đó sử dụng dữ liệu để tạo ra một mô hình toán học để phù hợp với các quan sát. Từ đó, nhóm có thể tạo ra các mô hình máy tính có thể bắt chước các thứ trong việc thử nghiệm kéo và nén.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng bằng cách nén các mảnh graphene nhỏ dưới sức nóng và áp suất, chúng có thể tạo ra các cấu trúc xốp bền chắc, tương tự như san hô và có diện tích bề mặt rất lớn đối với tỷ lệ thể tích. Theo nhóm nghiên cứu, các hình dạng này cho phép graphene hai chiều tạo thành các kết cấu vững chắc theo cùng một cách mà các tờ giấy có thể được gấp lại và cuộn thành các dạng mạnh hơn, bao gồm xi lanh và nếp gấp, có thể chứa tải trọng lớn.

 

 

Kết quả mô phỏng các thử nghiệm độ bền kéo và nén trên graphene 3-D (Ảnh: Melanie Gonick / MIT)

Các thử nghiệm cho thấy graphene trong mô hình 3D có thể đạt được một mật độ 5% của thép, nhưng đạt mười lần độ cứng. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng phần lớn điều này có liên quan nhiều đến cấu hình hình học hơn là vật liệu. Khi graphene được hoán đổi cho các polyme hoặc kim loại, các mức tăng tương tự về độ cứng được phát hiện.

Nhóm nghiên cứu nói rằng ngoài việc tạo ra các cấu trúc graphene 3D, công nghệ này có thể được áp dụng cho các vật liệu khác nhau, từ polyme đến bê tông kết cấu và sẽ không chỉ tạo ra các cấu trúc mạnh hơn và nhẹ hơn mà còn có tính chất cách nhiệt tốt hơn. Ngoài ra, các cấu trúc xốp có thể được sử dụng trong các hệ thống lọc cho các nhà máy nước hoặc hóa chất.


Duy Khang - Kyluc.vn

 

Bảo tàng Kỷ lục Việt Nam mobile
Pepsi
VQG Phong Nha
Tổ chức Kỷ lục Châu Á
THE FUTURE IS NOWI
Viện Top Thế giới
Tổ chức Kỷ lục Đông Dương
VINHOME
Tổ chức Kỷ lục Hoa Kỳ