MIT發(fā)明3D石墨烯：世界上強度最高最輕巧的材料

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

　　例如：石墨烯。迄今為止，石墨烯是人類(lèi)已知的強度最大的材料，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)：雖然它的薄度和獨特的導電性能值得關(guān)注，可是要用石墨烯來(lái)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)院的一支研究團隊發(fā)現，利用小片的石墨烯，將它們融合成網(wǎng)狀結構不僅可以保留材料的強度，而且保持了材料的多孔性態(tài)。

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

　　新發(fā)現的超高強度但特別輕巧的材料將會(huì )有極其廣闊的應用。

　　如《MIT校報》中所指出

　　“新的研究結果表明，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構有關(guān)，而不是材料本身，這表明類(lèi)似的堅固輕質(zhì)材料可以通過(guò)為類(lèi)似材料構造相應的幾何特征來(lái)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果：

　　該項研究成果由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據圖：不同原子級、3D打印的螺旋形的機械性能測試

　　“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)現的幾何結構。”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(shuō)，“你可以用任何東西來(lái)替代原始材料本身，幾何構型才是主要的影響因素，這種認識有可能拓展到很多領(lǐng)域上。”

　　大型結構項目，如橋梁工程，可以遵循相關(guān)幾何結構，以確保建筑物堅固耐用。

　　鑒于現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(guò)濾系統。

　　并未參與此項工作的布朗大學(xué)工程教授Huajian Gao說(shuō)，這項研究稱(chēng)“表明將2D材料的優(yōu)勢與材料空間結構設計的力量結合在一起，指出了一條前景光明的研究方向”。