Графен став основою матеріалу, в 10 разів міцнішого і в 20 разів лекшого, ніж сталь

Цей матеріал неймовірно міцний, він має високі електричні, теплові, оптичні та хімічні властивості, а основою нього є графен.

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту штучно дали третій просторовий вимір, отримавши матеріал, в десять разів міцніший і в двадцять разів легший, ніж сталь.

Графен дуже давно привертає увагу вчених-матеріалознавців. Однак, в своєму нормальному вигляді він має форму плоских листів, товщиною в один атом вуглецю, які теоретично можуть мати будь-яку довжину і ширину. Для того, щоб зробити графен більш технологічно прийнятним матеріалом, йому потрібно надати тривимірну форму, але всі попередні спроби зробити це приводили до того, що значення всіх основних параметрів, в тому числі і міцності кінцевого матеріалу, знижувалися на кілька порядків по відношенню до аналогічних параметрах графена.

У спробах вирішити вищеописану проблему, група з Массачусетського технологічного інституту сконцентрувала свої зусилля в більшій частині на геометричній конфігурації нового матеріалу, ніж чим на його склад і структуру. Для початку вчені виробили аналіз поведінки графена в різних умовах з рівнем деталізації аж до атомарного рівня. На базі отриманих даних була складена математична модель, яка повністю відповідала результатам експериментів. І вже на базі цієї моделі дослідники провели вивчення поведінки графена при його стисканні і розтягуванні.

Дослідники з’ясували, що маленькі частинки графена, піддані впливу високої температури і тиску, формують міцні і стабільні пористі структури, що мають величезне значення співвідношення

площі поверхні до займаному обсягу. І з цього пористого матеріалу можна досить простим шляхом створювати предмети і деталі, які здатні витримувати досить значні навантаження.

Для перевірки своїх розрахунків дослідники використовували тривимірний принтер з високою роздільною здатністю, за допомогою якого були створені пластикові моделі, що мають тривимірне будова, подібне будовою графенового матеріалу. І на цих моделях була виконана перевірка їх міцності на стиск і розтяг, а отримані результати були порівняні з результатами теоретичних розрахунків.

Проведені тести показали, що матеріал, який є тривимірною формою графена, при щільності в п’ять відсотків від щільності стали має в десять разів більшу міцність. При цьому, дані показники не мають ніякого відношення власне до графену, їх значення визначаються геометрією структури матеріалу. І навіть якщо замінити графен якимось металом або полімером, то такий тривимірний матеріал зберігає співвідношення збільшення міцності по відношенню до міцності вихідного матеріалу.

Розрахунки математичних моделей дали дослідникам кілька неймовірних результатів. До таких екзотичних варіантів можна віднести структуру графенового матеріалу, щільність якого менше щільності повітря і який повинен плавати в просторі немов кулька, надутий гелієм. Однак, подальше моделювання показало, що такий матеріал буде неминуче зруйнований впливом нормального атмосферного тиску.

Згідно дослідникам, область застосування результатів їх роботи надзвичайно широка. Матеріали, що мають “графеноподобную” тривимірну структуру можуть використовуватися для створення об’єктів з полімерів, бетону і т.п. При цьому, такі об’єкти будуть мати високу міцність, довговічність і чудовими теплоізоляційними властивостями. Крім цього, пористі матеріали можуть виступати в ролі електродів “вічних” акумуляторних батарей, в якості каталізаторів і фільтруючих елементів, які використовуються в хімічній промисловості.