Трехмерный графен открывает новые перспективы в строительстве

В MIT создали объемную форму графена, рассчитав геометрическую структуру, подходящую для строительного применения также и с другими материалами.

Автор текста:
Кирилл Сотников

06 Февраля 2017
mainImg
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) получили один из самых прочных и легких известных материалов путем сжатия и сплавления хлопьев графена – двумерной формы углерода. Его расчетная плотность составила всего 5% от плотности стали при десятикратном превышении ее прочности. Соответствующая работа опубликована в журнале Science Advances.

В исходной форме графен считается прочнейшим из всех известных материалов, и его теоретические исследования начались еще в конце сороковых годов прошлого века. Это первый в мире двумерный кристалл, полученный Андреем Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году из тончайших графитовых пленок на подложке окисленного кремния. За это достижение шесть лет спустя им присудили Нобелевскую премию по физике.

С момента создания графена разрабатываются способы его получения в промышленных масштабах. В этом уже удалось достичь определенного прогресса, однако успешно преобразовать его в эффективную трехмерную форму пока не удавалось – терялись важные свойства этого исключительного материала, а его прочность на несколько порядков уступала прогнозируемой.

Для решения этой задачи инженеры из MIT сосредоточились на требуемой геометрической конфигурации объемного графена. Они проанализировали его поведение вплоть до атомного уровня, а затем использовали полученные данные для создания математической модели и компьютерной симуляции. Итоговые выводы точно соответствовали экспериментальным наблюдениям, которые поначалу проводили с увеличенными в тысячу раз моделями из других материалов, напечатанными на 3D-принтере высокого разрешения.

 

По словам главы департамента гражданской и экологической инженерии MIT Маркуса Бюлера (Markus Buehler), двумерные материалы обычно не слишком полезны для создания трехмерных объектов, которые могут быть использованы при строительстве зданий. Но компьютерное моделирование позволило преодолеть эту проблему, и геометрия стала определяющим фактором успеха.

В результате исследователям удалось создать прочный и стабильный пористый материал, сжимая и нагревая небольшие хлопья графена. Его структура, напоминающая некоторые кораллы и микроскопические диатомовые водоросли, имеет огромную площадь поверхности по отношению к объему. Она известна как гироид – непрерывная повторяющаяся фигура с трижды периодичной минимальной поверхностью, описанная Аланом Шоном (Alan Schoen) из NASA в 1970 году.

«Результаты показывают, что решающий аспект новых трехмерных форм имеет больше общего с их необычной геометрической конфигурацией, чем с самим материалом», – отметили в MIT.
zooming
Напечатанные на 3D-принтере модели испытывались на прочность. Фотография: Мелани Гоник (Melanie Gonick), MIT
zooming
Различные модели гироидов для механических испытаний. Изображение: Science Advances

По оценке инженеров института, такая геометрия может быть применена даже к крупномасштабным конструкционным материалам в строительстве, например, бетону. И эта пористая структура обеспечит не только повышенную прочность, но и хорошую теплоизоляцию благодаря воздуху внутри нее.

«Вы можете или использовать реальный графен в качестве материала, или применить обнаруженную нами геометрию в сочетании с другими материалами, например, полимерами или металлами», – резюмировал Маркус Бюлер.
zooming
Результаты моделирования испытаний на растяжение и сжатие трехмерного графена. Изображение: Чжао Цинь (Zhao Qin), MIT


06 Февраля 2017

Автор текста:

Кирилл Сотников
comments powered by HyperComments

Технологии и материалы

Выйти в цвет
Рассказываем, как с помощью краски из новой линейки DULUX «Легко обновить» самостоятельно и за один день покрасить двери или окна.
Проектируя устойчивое будущее
Глава «Сен-Гобен» в России, Украине и странах СНГ, Антуан Пейрюд выступил на Дне инноваций в архитектуре и строительстве с докладом о подходах компании к устойчивому развитию. В интервью Archi.ru Антуан Пейрюд рассказал о роли инновационных материалов в иконических зданиях Фрэнка Гери, Жана Нувеля, Кенго Кумы и других известных архитекторов. Также состоялась презентация звукоизоляционных систем «Сен-Гобен» и общение специалистов BIM с архитекторами по поводу трансфера данных по строительным материалам и решениям.
«Сен-Гобен» приглашает студентов спроектировать...
Компания «Сен-Гобен» объявила о старте шестнадцатого по счету архитектурного конкурса «Мультикомфорт». Студентам архвузов предлагается разработать концепцию «устойчивого» развития территории бывшего завода в пригороде Парижа, Сен-Дени.
Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® для подземного строительства
Освоение подземного пространства – общемировой тренд, в мегаполисах под землей растут целые города. По версии книги рекордов Гиннесса, крупнейший подземный торговый комплекс в мире – Path в Торонто. Для его создания проложено более 30 км тоннелей.
Камин как аттрактор, или чем привлечь покупателя элитной...
Вода и огонь – две удивительные природные субстанции – влекущие, завораживающие, приковывающие взгляд. В человеческом жилище они давно завоевали свое место, и, если вода выполняет сугубо техническую функцию, огонь в камине вместе с теплом дарит визуальное наслаждение.
Размером с 30 футбольных полей
«Зеленый квартал» – энергоэффективный, инновационный и самый дорогой градостроительный проект Казахстана, разработкой которого занималась международная команда: британское архитектурное бюро Aedas, американская инженерная компания AECOM и строительный холдинг из Казахстана BI Group.
Японские технологии на родине дымковской игрушки
В Кирове появился новый 15-этажный жилой дом, спроектированный московским архитектором Алексеем Ивановым. Для отделки фасада использовались японские панели KMEW, предназначенные специально для высотного строительства.

Сейчас на главной

Дальше... дальше... дальше... В поиске нового поколения
Конкурс OPEN! на участие в национальном павильоне Джардини рассчитан на молодых архитекторов с максимально свежим взглядом на вещи, а его рамки так широки, что их почти не видно. Нужны смелые люди, которые совпадут с мировоззрением куратора Ипполито Лапарелли. Награда – работа в Венеции, дедлайн 31 января.
«Остров единорогов»
В Чэнду на западе Китая почти готов выставочный и конференц-центр Start-Up – первое здание на спроектированном Zaha Hadid Architects «Острове единорогов» для компаний-стартапов в сфере цифровых технологий.
Стирая границы
IND architects и китайское бюро DA! победили в конкурсе на проект музея в провинции Сычуань. Архитекторам удалось сделать музей частью ландшафта, а природу – полноправной участницей экспозиции.
Бетон и цвет
Школа с музыкальным уклоном имени Сервете Мачи в центре Тираны по проекту албанского бюро Studioarch4.
Фантастический роман
Рассматриваем выставку «Время Москвы-реки» в Музее Москвы, – креативную попытку актуализировать концепцию развития прибрежных пространств, победившую в конкурсе 2014 года и манифестировать вновь основанное общество Друзья Москвы-реки.
Все это – далеко не только форма
Российские архитекторы DNK ag участвовали в симпозиуме по естественному свету и устойчивому развитию, который компания Velux провела в Париже. Говорим с Натальей Сидоровой и Даниилом Лоренцем о затронутых на конференции исследованиях в области медицины, строительных технологий и здоровой среды.
Сахарные кристаллы
Бюро ODA превратило историческое здание сахарорафинадного завода на берегу Ист-ривер в Нью-Йорке в офисный комплекс с эффектным кристаллическим фасадом вместо утраченного.
Татами и роботы
Бюро BIG спроектировало для Toyota «город будущего» у подножия Фудзиямы: с почти нулевым углеродным следом, прогрессивной транспортной схемой, разными видами роботов, зданиями из дерева и модулем по размеру татами.
Тема треугольника
Бюро Lemay благоустроило парк Экспо 1967 года в Монреале – самой успешной Всемирной выставки XX века, сохраненной в наши дни как рекреационная зона.
Дерево среди стекла
Архитекторы Sheppard Robson придали «человеческое измерение» площади в новом деловом районе Манчестера с помощью деревянного павильона с озелененными фасадами и кровлей.
Линия отягощенного порыва
Жилой комплекс «Ренессанс» архитектора Степана Липгарта продолжает линию исторического центра Санкт-Петербурга и переосмысляет ленинградское ар деко и неоклассику 1930-50-х применительно к цивилизационным вызовам нашего века.
Декор без птичьих гнезд
Керамические ажурные фасады входа ТПУ в Пальма-де-Мальорка по проекту Joan Miquel Seguí Arquitectura точно рассчитаны так, что голубям в их отверстиях угнездиться не получится.
Кадашёвский опыт
У проекта ЖК «Меценат», занявшего квартал рядом с церковью Воскресения в Кадашах – длинная и сложная история, с протестами, победами и надеждами. Теперь он реализован: сохранены виды, масштаб и несколько исторических построек. Можно изучить, что получилось. Автор – Илья Уткин.
Градсовет 25.12.2019
На повестке в Петербурге: планировка для маленького городка и смелая гостиница, спроектированная под влиянием иностранцев.
Пресса: Диалоги о вечных ценностях: Степан Липгарт и Алексей...
В ноябре 2019 года в Калугу приехал архитектор Степан Липгарт — через месяц после торжественного открытия спроектированной им швейной фабрики Мануфактуры Bosco. Открывая цикл «ГЛАВАРХитектура», Липгарт прочитал на «Точке кипения» лекцию о профессиональном призвании и источниках вдохновения, о роли заказчика и о системе ценностей и убеждений, которая позволяет гордиться результатами своего труда. Главный архитектор Калуги Алексей Комов специально для Калугахауса поговорил со Степаном о вечном — и о том, как приспособить это вечное к жизни в нашем городе.
Зона комфорта
Рассматриваем интерьер общественного пространства «Мой социальный центр» – первый пример такого рода, реализованный в рамках новой программы московской мэрии по проекту бюро Хора.
Для испытаний на прочность
В Сколково открылось здание штаб-квартиры компании ТМК, выпускающей стальные трубы для нефтегазовой промышленности. Она совмещена с испытательным полигоном и исследовательскими лабораториями.
Возрождение Дворца
Архитекторы Archiproba Studios бережно восстановили образец позднего советского модернизма – Дворец культуры в городе-курорте Железноводске.
Оригами из лиственницы
Тренировочная байдарочная база в Августове на северо-востоке Польши по проекту бюро INOONI и PSBA получила фасады из сибирской лиственницы.
Как спасти мир, участвуя в архитектурном конкурсе
Международный конкурс LafargeHolcim Awards ставит в качестве главной цели поощрение идей и проектов в области устойчивого развития. Призовой фонд конкурса $ 2 000 000. Рассматриваем проекты победителей предыдущего цикла 2017-2018 годов по пяти критериям.
Террасы Хрустального мыса
Концепция музейно-образовательного и мемориального комплекса в Севастополе, предложенная Никитой Явейном, избегает прямолинейных акцентов и пафоса, интерпретируя историю места и специфику ландшафта, соединяя общественное пространство обитаемой лестницы и амфитеатров с монументальным монументом.
Десять часов роста
В кантоне Берн открылся новый кампус Swatch – Omega по проекту Сигэру Бана: объем древесины, использованный для каркаса трех зданий, «вырастет» в швейцарских лесах всего за 10 часов.
Евгений Подгорнов: «Проектировать надо так, чтобы...
Руководитель петербургского бюро Intercolumnium рассказывает, почему в портфолио компании есть работы от хай-тека до историзма, рассуждает о высотных доминантах и о заказчиках как источниках драйва, необходимого городу.
Новая ячейка
Жилой квартал на территории IT-парка: компания Архиматика сочетает инновационные технологии с человечным масштабом и уютной средой.
Градсовет 18.12.2019
Вторая и, по всей видимости, успешная попытка согласовать жилой дом, выходящий окнами на Троицкий собор и Фонтанку.
В преддверии театра
На Земляном валу справа от въезда в туннель под Таганской площадью, перед Театром на Таганке и рядом с торцом ЖК «Шоколад», достраивается здание 8-этажной гостиницы Novotel по проекту бюро «Гран» Павла Андреева.
Энергия студента
Показываем работы финалистов студенческого конкурса «АРХПроект», а также рассказываем о том, как организаторы попытались выйти за рамки сухой процедуры: с помощью менторов, лектория и выставки с вечеринкой в «Севкабель порту».
Кино на плоту
Летний кинотеатр от архитектурного бюро «А4» как универсальное общественное пространство и вариация на тему паркового павильона.
Перемена мест слагаемых
Используя приемы и материалы типового дачного строительства, Spirin architects находят свой убедительный архитектурный ответ на вызов предельно ограниченного бюджета.
Заседание в бассейне
Новый корпус штаб-квартиры adidas по проекту бюро COBE включает переговорные и актовый зал в виде разных типов спортивных сооружений, включая бассейн.
Метод сращивания
Вариант современного контекстуализма – фактурная и орнаментальная архитектура, сдержанно-классичная, но явным образом не принадлежащая ни к одному стилю. T+T architects использовали этот современный подход для деликатной работы в историческом центре Екатеринбурга.