Представительства компаний:
06.02.2017

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.


Напечатанные на 3D-принтере модели испытывались на прочность. Фотография: Мелани Гоник (Melanie Gonick), MIT
Напечатанные на 3D-принтере модели испытывались на прочность. Фотография: Мелани Гоник (Melanie Gonick), MIT

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.

Различные модели гироидов для механических испытаний. Изображение: Science Advances
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.

Результаты моделирования испытаний на растяжение и сжатие трехмерного графена. Изображение: Чжао Цинь (Zhao Qin), MIT
Результаты моделирования испытаний на растяжение и сжатие трехмерного графена. Изображение: Чжао Цинь (Zhao Qin), MIT

comments powered by HyperComments

Другие статьи:

Организационная культура компании – основа для создания эффективного рабочего пространства
18.06.2018

Организационная культура компании – основа для создания эффективного рабочего пространства

Директор Haworth Business Interiors Денис Черничкин рассказывает о ключевом параметре компании, понимание которого прямо влияет на успех перепланировки или переезда офиса
Архитектура из «гипюра»
18.06.2018

Архитектура из «гипюра»

Что нашли в деталях из Ductal® Жан Нувель, Фрэнк Гери, Ренцо Пьяно и Руди Ричотти? Какие возможности дает этот инновационный материал для архитекторов? Об этом – в интервью с Паскалем Пине, бизнес-инженером направления Ductal® компании LafargeHolcim.
Михаил Мотяев: «Наша задача – надежное крепление оболочки»
14.06.2018

Михаил Мотяев: «Наша задача – надежное крепление оболочки»

Компания U-kon отметила в нынешнем апреле свое 20-летие. О том, как появилась, какие этапы в своем развитии прошла за эти годы компания, чем гордится и куда обирается двигаться дальше, рассказывает ее владелец и руководитель Михаил Мотяев.
Олег Карлсон: «Для меня это миссия»
09.06.2018

Олег Карлсон: «Для меня это миссия»

Архитектор, спроектировавший множество вилл, индивидуальных домов и усадеб – об опыте сотрудничества со строительной компанией.
Компания Славдом приняла участие в реконструкции стадиона «Лужники» в Москве
08.06.2018

Компания Славдом приняла участие в реконструкции стадиона «Лужники» в Москве

Размер поля Лужников более 7000 м.кв., а компании Славдом поставила для реконструкции объекта 100000 м.кв. каменной ваты PAROC, которая использовалась для теплоизоляции, звукоизоляции и огнезащиты несущих конструкций здания.

Новости компаний: