تولید گرافن سه بعدی با استحکام 10 برابر فولاد

محققانی از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نوعی گرافن سه بعدی با ظاهری شبیه به اسفنج تولید کرده اند که تنها یک بیستم فولاد چگالی دارد اما 10 برابر مستحکم تر است.

گرافن استحکام بالایی دارد و از خصوصیات منحصر به فرد الکتریکی، دمایی، نوری و شیمیایی بهره می برد. این ماده همواره برای دانشمندان جذاب بوده اما در شکل معمول به صورت ورقه های تخت دو بعدی است که به اندازه یک اتم قطر دارند و از نظر تئوری می توانند در طول یا عرض کشیده شوند.

اما برای اینکه گرافن به ماده ای کاربردی برای مهندسان بدل شود، باید بعد سومی به آن اضافه شود. تا پیش از این تلاش ها به تولید گرافن هایی ضعیف تر از پیشبینی ها منتهی شده بودند. اکنون محققان بر این مشکل غلبه کرده اند.

برای حل این مسئله محققان بیش از آنکه بر خود ماده تمرکز کنند، بر پیکربندی هندسی آن متمرکز شده اند. به این منظور رفتار گرافن در ابعاد اتمی را تحلیل و سپس مدل ریاضی را ایجاد کردند. در نهایت مدل کامپیوتری تولید شد که می توانست میزان کشش و فشرده شدن را آزمایش کند.

پژوهشگران در ادامه پوسته های نازکی از گرافن را تحت فشار و دمای بالا قرار دادند و موفق شدند ساختار پایدار و متخلخلی را ایجاد کنند که شبیه به مرجان است و نسبت سطح به حجم بسیار بالایی دارد. به گفته محققان این شکل گرافن می تواند میزان بار قابل توجهی را تحمل کند.

پژوهشگران همچنین دریافته اند برخی از طراحی های گرافن که بر فرضیه های پیشین استوار بوده اند نمی توانند عملی شوند. از جمله می توان به ساختار گرافن سه بعدی اشاره کرد که از هوا سبک تر است و می تواند مشابه با بادکنک های هلیومی در هوا معلق شود. مدل سازی ها نشان داده اند که چنین نمونه هایی در فشار معمول جو از هم می پاشند.

به گفته دانشمندان این ساختار گرافن سه بعدی می تواند کاربردهای متنوعی از پلیمرها تا سیمان داشته باشد. ساختار جدید علاوه بر سبک کردن و مستحکم کردن ساختارها می تواند خصوصیات عایق بندی بهتر را به ارمغان آورد. در نهایت می توان از گرافن سه بعدی با ساختار متخلخل در فیلترهای تصفیه آب و نیز در کارخانه های مرتبط با مواد شیمیایی بهره برد.