轻型超级材料,比钢材坚韧十倍

2017年01月12日 14:12   编辑:小徐   来源:煎蛋

我要分享:0

摘要:这块看起来长得像海绵的超级材料比塑料片还轻,但是它的坚韧程度却胜过钢材10倍之多。......

轻型超级材料,比钢材坚韧十倍

这块看起来长得像海绵的超级材料比塑料片还轻,但是它的坚韧程度却胜过钢材10倍之多。

新材料是将石墨烯打碎重组,最后组合成类似蜘蛛网的网状结构。从外表上看,蓬松的结构就像是神秘的海洋生物,但里面几乎完全中空,而且它的密度仅有原本石墨烯的5%。

更重要的是,虽然科学家们使用了石墨烯,但材料的强大性质并不局限在材料本身,更重要的原因是其中的原子排列方式。

美国麻省理工学院(MIT)的材料科学家Markus J. Buehler表示,你可以用任何东西来代替这种材料,但结构却是最主要的因素,因为它可以让许多东西发生变化。

石墨烯是由碳原子组成的薄片,也是地球上最坚韧的材料之一。石墨烯薄片仅有一层碳原子那么厚,但却具有着非凡的导电能力和拉伸能力。不幸的是,这种能力很难转化成三维空间的实物。

研究人员在一份声明中表示,之前的模拟实验中,我们发现通过对石墨烯原子进行定向的方式,能够提高它们在三维空间中的强度。但是,当研究人员在实验室中尝试制造这种材料时,结果往往比预计的弱了成百上千倍。

比钢铁还坚挺

为了迎接挑战,研究团队开始从最基础的做起:他们首先分析了该结构的原子水平。随后,他们通过数学建模来准确预测如何制造这种超级材料。研究人员还按理论数据,对实验热量和压力进行精准控制,最终制作出了这种能弯曲且复杂的结构,称之为gyroids。1970年美国宇航局(NASA)的一位科学家首次在数学模型中创建了这种材料。

Buehler表示,实际上传统的制作工艺根本不可能成功。

该研究已经于1月6号发表在《Science Advances》杂志上了,文中写到,这种材料的坚韧主要源于其巨大的表面积和体积比。在自然界中,像珊瑚和硅藻这样的海洋生物也是利用了巨大的表面积和体积比在小小的身躯上产生了不可思议的力量。

美国麻省理工学院土木与环境工程的研究员Zhao Qin在声明中表示,一旦我们能够制造出这种三维结构,我们便想知道它的极限在何处,我们到底能够制造出多坚韧的材料。

科学家们建造了一系列的模型,然后将实体制造出来,之后对它们进行拉伸和压缩测试。最终,研究人员手下的最强材料密度跟塑料袋一样轻,却比钢铁还坚韧。

研究人员表示,制造这些超级材料的一大障碍是工业产能跟不上。但科学家们表示,其实还是有很多方法对这种材料进行大规模生产的。

举个例子,可以用实际粒子作为模板,通过化学气相沉积的方式将石墨烯覆盖上去,下层模板可以通过化学或物理技术被腐蚀或剥离,最终石墨烯gyroid便留了下来。

在未来,大量的桥梁可以使用gyroid作为材料,它们将会变得坚固无比、质量轻盈,同时还能抗热防冻,而这一切都要感谢材料中无数的气泡。

好房推荐
更多

网友评论仅供其表达个人看法,并不表明E都市立场。我要评论