ساخت قوی‌ترین ماده جهان در MIT: گرافن سه بعدی ساخته شده با تکنولوژی ساخت افزایشی

یکی از استراتژیک‌ترین ماده‌های جهان، گرافن است

شواهد و قرائن نشان دهنده این هستند که قوی ترین ماده جهان که بتوان به صورت عملی از آن استفاده کرد، اکنون به مرحله‌ی ساخت رسیده است. این ماده گرافن سه بعدی نام دارد که تولید شده توسط محققان دانشگاه MIT آمریکاست.

مطالعه و تحقیق بر روی هندسه سازه‌های قوی، محققان MIT را یک قدم دیگر به ساخت گرافن سه بعدی سوق داد.

گرافن دو بعدی رسانای بهتری از سیم‌های مسی است و در عین حال 10 برابر از استیل قوی‌تر و سیک‌تر و شفاف‌تر از مس و استیل است. مقایسه نانو ذرات به دلیل تئوری بودن خصوصیات مطرح شده گرافن، بسیار چالشی است. برای رقابت با مس و استیل گرافن مجبور است سه بعدی شود.

گرافن سه بعدی

تغییرات زیادی که حین انجام فرایند برای منبع قدرت روی می دهد از چالش های به وجود آمدن یک ساختار سه بعدی از ماده دو بعدی است.

به عنوان نمونه در فرآیند پرینت سه بعدی، ذوب شدن و خنک شدن را در نظر بگیرید. گرافن در حال حاضر برای تقویت دیگر ماده‌ها مانند TPU و PLA مورد استفاده قرار می‌گیرد. تحقیق اخیر MIT که به اسم The mechanics and design of a lightweight three-dimensional graphene assembly نیز شناخته می‌شود قدمی رو به جلو برای خاصیت هندسی گرافن برداشته است و آن با عدم تغییر در ساختار اتمی آن است. هندسه‌ی آن شکل gyroid به خود می‌گیرد که اولین بار توسط ریاضی دان Alan Schoen  در سال 1970 کشف شد.

کلید مسئله، هندسه است

ژیرویدها(Gyroids) ساختاری شبیه به ساختار شانه عسلی خود گرافن دارند که به معنی آن است که کل شبکه آن می‌تواند از یک بخش آن تشکیل شود.

به عنوان نمونه تمام چیزی که برای ساخت یک شبکه گرافنی نیاز دارید یک شش ضلعی است. ژیرویدها از طریق سطح مینیمال خود نیز مشخص می‌شوند. و آن یعنی حالتی که نشان دهنده کمترین میزان فضای مورد نیاز برای جای گیری است.

از اصلی ترین فرصت‌ها برای وجود گرافن سه بعدی یا قوی ترین ماده جهان نیازمندی به ماده کمتر برای ساخت شکلی با حجم مشخص که دور ریز و وزن کمتری دارد است.

ساختار زیرویدها (Gyroids) | عکس توسط ‘Meet the Gyroid’ by Adam G. Weyhaupt | از 3D Printing Industry
ساختار زیرویدها (Gyroids) | عکس توسط ‘Meet the Gyroid’ by Adam G. Weyhaupt | از 3D Printing Industry

در MIT پنج عدد ژیروید با پلاستیک اختصاصی Stratasys به نام VeroMagneta در دستگاه Object500 ساخته و با قطر دیواره متفاوت به صورت سه بعدی پرینت شدند. سازه‌ها که هر کدام دقت چاپ 20 میکرون داشتند برای اندازه گرفتن میزان کشش و فشار وارده آزمایش شدند. نتایج نشان دهنده این بود که ژیرویدهایی که دیواره ضخیم تری داشتند در برابر نمونه‌های نازک‌تر رفتاری متفاوت از خود بروز داده و ساختار های نازک رفته رفته فرو ریختند و این در حالی بود که نمونه های ضخیم تر فشار را جذب کرده و با یک فرو ریزش انفجاری نیروی وارده را آزاد می‌کردند.

آزمایش‌های شبیه سازی قدرت مکانیکی بر گرفن سه بعدی | عکس توسط Buehler et al از 3D Printing Industry
آزمایش‌های شبیه سازی قدرت مکانیکی بر گرفن سه بعدی | عکس توسط Buehler et al از 3D Printing Industry

این نتایج که از آزمایشات به دست آمد به محققان امکان شبیه سازی دیجیتال نحوه رفتار یک ژیروید ساخته شده از گرافن تحت چنین فشار هایی را داد.

نویسنده اصلی این تحقیق یعنی Marjus Buehler می‌گوید:

می‌توانید خوده ماده تشکیل دهنده را با هر چیزی عوض کنید. هندسه عامل مهم در این ماجراست. این دستاورد حامل پتانسیلی است که می‌توان آن را به چیزهای زیادی ارتباط و گسترش داد.

شبیه سازی‌ها، نشان دهنده محدودیت‌های بالقوه گرافن سه بعدی است. اما مشخص شده: چه چگالی‌های پایینی می‌تواند اسمبلی گرافن سه بعدی را به شکلی پیش ببرد که مزیت‌های مکانیکی‌اش را در برابر اکثر مواد سلولی پلیمری از دست بدهد.

هرچند هنوز کارهای صورت گرفته آن قسمتی از تحقق پرینت سه بعدی که انتظارش را داشتیم نبوده اما فرضیه آن اولین قدم برای عملی شدنش است.

منبع: 3DPrintingIndustry

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

1
سلام.
چطور میتونیم کمکتون کنیم!
Powered by