17:20
В то время как в 2D форме графен считается самым прочным известным материалом, было не просто перевести это свойство в реальные 3D материалы. Однако, исследователям Массачусетского технологического института удалось разработать пористую 3D форму графена с прочностью в 10 раз выше, чем у стали, и при этом гораздо легче. Чтобы добиться этого, они сжали и расплавили крошечные чешуйки графена с использованием нагрева до высоких температур и высокого давления для получения материала с прочной, стабильной структурой, губкообразной конфигурации и плотностью всего лишь 5 процентов.
В исследовании, которое было опубликовано в журнале Science Advances, команда разработала целый ряд 3D-моделей для анализа поведения материала вплоть до отдельных атомов, что помогло им разработать математическую структуру, которая точно соответствует экспериментальным наблюдениям.
Концепция похожа на лист бумаги, который имеет малую прочность, когда расправлен - легко сминается; однако, когда он обретает определенную форму - например, свернут в трубочку, он может демонстрировать значительно большую прочность по всей своей длине и выдерживать значительный вес. Точно так же, когда чешуйки графена располагаются геометрически, а затем обрабатываются, они могут принимать формы с чрезвычайно прочной конфигурацией. Эти конфигурации были протестированы на растяжение и сжатие, в то время как их механические реакции под нагрузкой были воспроизведены на моделях.
Хотя 2D-размерные материалы очень прочны и имеют уникальные электрические свойства из-за их малой толщины, они не практичны для получения полезных 3D материалов.
Команда исследователей показала, что основной отличительной чертой 3D-форм является их геометрическая конфигурация, указывая на то, что графен или другие прочные и легкие материалы, такие как полимеры или металлы, могут быть произведены на основе аналогичных геометрических особенностей.
Так как форма имеет многочисленные мельчайшие поры, такие материалы могут быть использованы в системах фильтрации воды или химической обработке.
