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3D打印石墨烯结构:强度比不锈钢高10倍,密度仅为5%
2017-01-10浏览量:339评论数:0
麻省理工大学团队近日完成了一项研究测试,他们将石墨烯压缩和融化后,利用多材料3D打印机创造出一种密度仅为不锈钢的5%、强度高出不锈钢10倍的新材料。除材料本身之外,3D打印的结构也提供了很高的强度,因此当这种结构用在其他材料上时,也会形成较高的强度。



石墨烯:一种超高强度的材料

用2D材料制造3D结构的挑战在于,生产方法的改变往往会导致材料的原子结构(其能量的来源)发生改变。比如,3D打印中的熔化和冷却过程。目前,石墨烯已经普遍用于制造增强型材料,比如专门的石墨烯TPU或PLA,这种材料具有非常潜力的应用前景。

针对轻质三维石墨烯装配的力学和设计的研究,麻省理工学院提出了一种可能的石墨烯几何结构“gyroid(螺旋)”,保证其原子结构打印后不发生改变。



螺旋结构是关键

这种结构与蜂窝状镂空结构十分相似,可以通过不断“复制”相同的六边形晶格结构来最终形成一个六边形的完整结构。它的表面积比较小,这也意味着占用空间会比较小、使用材料减少,最终导致质量的减轻。



拉伸强度测试

MIT 3D打印了五个不同壁厚的螺旋结构,使用的是Stratasys的VeroMagenta塑料和Object 500 3D打印机,分辨率为20μm,然后组个测试其拉伸强度。模拟测试显示,不同厚度的石墨烯螺旋结构在压力测试下表现不同:较薄的结构会直接碎裂,而较厚的结构会吸收压力,并且突然爆炸释放出能量。

研究人员表示,这种结构用在其他材料上时,也会形成较高的强度。因此,这种3D打印结构的深入研究是很有必要的。

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