MIT發(fā)明3D石墨烯：世界上強(qiáng)度最高最輕巧的材料

　　長久以來，材料學(xué)家就知道，可以通過精心排布碳原子的方式獲得強(qiáng)度超高的物質(zhì)。

　　例如：石墨烯。迄今為止，石墨烯是人類已知的強(qiáng)度最大的材料，其由在非常薄的二維平面上排列的碳原子所成。

　　但是它有一個(gè)缺點(diǎn)：雖然它的薄度和獨(dú)特的導(dǎo)電性能值得關(guān)注，可是要用石墨烯來制造出有用的三維形態(tài)的材料是非常困難的。

　　去年1月，麻省理工學(xué)院的一支研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，利用小片的石墨烯，將它們?nèi)诤铣删W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅可以保留材料的強(qiáng)度，而且保持了材料的多孔性態(tài)。

　　根據(jù)在3D打印模型上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，研究人員已經(jīng)確定，這種材料具有獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)，實(shí)際上比石墨烯更強(qiáng)——強(qiáng)度比低碳鋼強(qiáng)10倍，但密度只有后者5%。

　　新發(fā)現(xiàn)的超高強(qiáng)度但特別輕巧的材料將會(huì)有極其廣闊的應(yīng)用。

　　如《MIT校報(bào)》中所指出

　　“新的研究結(jié)果表明，制造新型3D形式的碳原子材料的關(guān)鍵方面與其非同尋常的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)，而不是材料本身，這表明類似的堅(jiān)固輕質(zhì)材料可以通過為類似材料構(gòu)造相應(yīng)的幾何特征來得到。”

　　您可以在下面看到三維石墨烯上的壓縮和拉伸測試的模擬結(jié)果：

　　該項(xiàng)研究成果由Markus J. Buehler、Zhao Qin、Gang Seob Jung、Min Jeong Kang等發(fā)表在2017年1月6日的Science Advances上。

　　上圖為摘錄文章中的數(shù)據(jù)圖：不同原子級(jí)、3D打印的螺旋形的機(jī)械性能測試

　　“你可以使用真正的石墨烯材料，也可以使用我們在其他材料(如聚合物或金屬)中發(fā)現(xiàn)的幾何結(jié)構(gòu)。”麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系(CEE)主管兼McAfee工程教授Markus Buehler說，“你可以用任何東西來替代原始材料本身，幾何構(gòu)型才是主要的影響因素，這種認(rèn)識(shí)有可能拓展到很多領(lǐng)域上。”

　　大型結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，如橋梁工程，可以遵循相關(guān)幾何結(jié)構(gòu)，以確保建筑物堅(jiān)固耐用。

　　鑒于現(xiàn)在所使用的材料明顯會(huì)更加輕便，施工也可能會(huì)更加容易。由于其多孔性質(zhì)，它也可用在過濾系統(tǒng)。

　　并未參與此項(xiàng)工作的布朗大學(xué)工程教授Huajian Gao說，這項(xiàng)研究稱“表明將2D材料的優(yōu)勢與材料空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的力量結(jié)合在一起，指出了一條前景光明的研究方向”。