麻省理工学院的一个工程师团队成功地设计了一种新的3D材料，其密度是钢材的5%，强度是钢材的十倍，使其成为已知最强的轻质材料之一。

 

麻省理工学院的一组研究人员通过压缩和聚变石墨烯薄片(一种二维形式的碳)，设计出了一种已知的最强的轻质材料。这种新材料，一种类似海绵的结构，密度仅为5%，强度可达钢铁的10倍。

 

在二维形态下，石墨烯被认为是所有已知材料中最强的。但直到现在，研究人员还很难将二维强度转化为有用的三维材料。天富注册链接

 

新的发现表明，新的三维形态的关键方面更多地与它们不同寻常的几何结构有关，而不是与材料本身有关，这表明，通过创造类似的几何特征，各种材料都可以制成类似的强而轻的材料。

 

 

麻省理工学院土木与环境工程系(CEE)系主任、迈克菲(McAfee)工程学教授马库斯·比勒(Markus Buehler)在一篇论文中报告了这一发现。CEE研究科学家赵琴;研究生Gang Seob Jung;闵贞康孟' 16，一个最近的毕业生。

 

其他研究小组也提出了这种轻质结构的可能性，但实验室实验迄今未能与预测相符，一些结果显示强度比预期低了几个数量级。麻省理工学院的研究小组决定通过分析这种材料的行为来解决这个谜题。他们能够得出一个非常符合实验观察结果的数学框架。

 

二维材料——基本上是只有一个原子厚度的平板，但在其他维度上可以无限大——具有非凡的强度和独特的电学特性。但由于它们非常薄，“对于制造可用于车辆、建筑或设备的3d材料来说，它们不是很有用，”布勒说。“我们所做的就是实现将这些二维材料转化为三维结构的愿望。”天富注册链接

 

 

该团队能够利用热和压力的组合来压缩小薄片的石墨烯。这个过程产生了一种坚固、稳定的结构，其形式类似于一些珊瑚和被称为硅藻的微生物。这些形状有着与体积成比例的巨大表面积，事实证明它们非常强大。“一旦我们创造了这些三维结构，我们就想看看极限是什么——我们能制造出的最强的材料是什么，”秦说。为此，他们制作了各种3d模型，并进行了各种测试。在计算模拟中，我们模拟了在拉伸加载机上进行的拉伸和压缩试验的加载条件，“我们的一个样品的密度是钢材的5%，但强度是钢材的10倍，”秦说。

 

比勒说，他们的3d石墨烯材料是由变形的曲面组成的，它所发生的情况类似于纸张所发生的情况。纸张在长度和宽度上的强度都很小，而且很容易起皱。但是当被做成某种形状时，比如卷成一根管子，突然间管子长度沿线的强度就大得多，可以支撑很大的重量。同样，处理后的石墨烯薄片的几何排列自然形成一种非常强的结构。

 

新的配置是在实验室中使用高分辨率的多材料3d打印机完成的。我们对它们进行了拉伸和压缩性能的力学测试，并使用团队的理论模型模拟了它们在负载下的力学响应。实验结果与仿真结果吻合较好。

 

新的、更准确的结果,由麻省理工学院研究小组基于原子论的计算模型,排除了其他球队此前提出的可能性:它可能让一个三维的石墨烯结构轻,它们会比空气轻,而且可以作为一个持久代替氦气气球。然而，目前的研究表明，在如此低的密度下，材料将没有足够的强度，并会因周围的空气压力而坍塌。

 

但研究人员说，这种材料的许多其他可能的应用最终可能是可行的，因为这些应用需要结合极高的强度和轻的重量。“你既可以使用真正的石墨烯材料，也可以使用我们在聚合物或金属等其他材料上发现的几何结构，”布勒说，以获得类似的强度优势，同时在成本、加工方法或其他材料属性(如透明度或导电性)方面的优势