石墨烯用于开发比钢材强10倍的轻质材料

麻省理工学院的研究人员使用2D形式的石墨烯开发出一种比钢强10倍的轻质3D材料。麻省理工学院的研究人员使用石墨烯开发了一种轻质材料，其强度比钢材强10倍，可用于制造车辆和设备，以及建筑施工。麻省理工学院土木与环境工程系(CEE)的一组研究人员设计了3D材料 - 通过压缩和融合石墨烯(一种二维形式的碳)来制造最轻，最强的3D材料。他们说，结果是海绵状配置，密度仅为5%，非常强劲。二维形式的石墨烯被认为是已知材料中最强的材料之一，但直到现在，它在二维世界中的强度难以用3D材料转化，麻省理工学院民用系研究生Gang Seob Jung说。和环境工程。

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麻省理工学院的研究人员使用2D形式的石墨烯开发出一种比钢强10倍的轻质3D材料。

“石墨烯具有非凡的强度，但由于其非凡的薄度，它对于制造可用于车辆，建筑物或设备的3D散装材料并不十分有用，”Jung告诉Design News。“我们所做的就是实现将石墨烯转化为三维结构的愿望。”

他说，该团队的发现表明，新3D形状的几何配置是其特性的主导因素以及使用石墨烯设计它们的成功。Jung说，这意味着几何设计也有可能转移到其他材料，这是工作的一个关键优势。

该团队在“科学进展”杂志上发表了一份关于其研究的报告。

研究人员通过结合热和压力压缩石墨烯的小片来开发这种材料。他们说，这个过程产生了一个强大，稳定的结构，其形状类似于一些叫做硅藻的珊瑚和微观生物。

“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，”中东欧地区麻省理工学院研究科学家赵勤说。为此，他们创建了各种3D模型，并在计算模拟中进行了测试。他们在拉伸加载机中进行压缩试验，发现其中一个样品的钢密度为5%，但强度是其10倍，他说。

“我们在研究中引入的结构可以降低典型材料的密度而不会显着降低其机械性能，”Jin说。“大多数材料都采用这种结构以获得更好的性能。然而，由于传统制造方法可能过于复杂，因此可以与3D打印机一起使用的材料都是应用的候选材料。“

该团队开发的材料在建筑，基础设施和建筑方面具有应用，“通常最终可能有助于减少传统材料(如钢材)的使用，从而有效降低建筑重量和人工成本，”秦说。 。“这种碳材料的高强度和高耐化学性也有助于使建筑和基础设施更具弹性，”他补充说。

Jung说，研究人员计划通过应用他们的方法开发其他材料继续他们的工作，并进行其他实验和研究以改善材料的特性和性能。

“由于我们的发现表明几何效应很重要，我们可以通过3D打印解决聚合物或其他材料设计的更多细节，”他说。“我们可能会引入由生物材料激发的异质性或层次结构来精细调整以获得更好的机械性能。”