ساخت گرافن سه‌بعدی ۱۰ برابر قوی‌تر از فولاد (+عکس)

موبنا – گرافن ماده بسیار قوی و مستحکمی است که ویژگی‌های منحصر به فرد الکتریکی، حرارتی، اپتیکی و شیمیایی را در خود جا داده است ساختار دوبُعدی آن باعث می‌شود سیستم لیزری شود که در دهه ۱۹۶۰ میلادی به عنوان راهکاری برای حل مسایل مورد استفاده قرار می‌گرفت. هم اکنون یک گروه از دانشمندان دانشگاه MIT برای آنکه بُعد جدید را به گرافن اضافه کنند مدل سه‌بعدی ماده‌ای شبیه به اسفنج را تولید کردند که تنها ۵ درصد از تراکم فولاد را دارد و در عین حال ۱۰ برابر نسبت به فولاد مقاوم‌تر است.

گرافن از مدت‌ها قبل توجه دانشمندان را به خود جلب کرده بود، ولی زمانی که این ماده در حالت عادی و به شکل دوبُعدی در ورقه‌های تخت قرار دارد و اتم‌های آن لایه ضخیم‌تر را تشکیل می‌دهند، در حالت تئوری می‌تواند از جهت‌های عرضی و طولی بسط پیدا کند و گسترش یابد. به منظور آنکه بتوان از گرافن در قالب یک ماده مهندسی به‌صورت کارآمد استفاده کرد، می‌بایست آن را به صورت سه‌بُعدی شکل داد. ولی باید توجه داشت تلاش‌هایی که تاکنون در این زمینه صورت گرفته است چندان قابل قبول نبوده و خاصیت آن را بیش از پیش‌بینی‌های قبلی تضعیف کرده است.

گروه تحقیقاتی دانشگاه MIT با امید به اینکه بتواند به موفقیت‌های جدید در این زمینه دست یابد، تمرکز کمتری به خود ماده کرد و در عوض هدف اصلی خود را ساختار و پیکربندی هندسی گرافن قرار داد. به منظور پیشبرد این اتفاق، دانشمندان رفتارهای گرافن در مقیاس اتمی را مورد تحلیل قرار دادند و سپس از داده‌های به دست آمده برای ایجاد یک مدل هندسی مطابق با مشاهدات خود استفاده کردند. دانشمندان با این روش توانستند مدل‌های رایانه‌ای به دست آورند که می‌تواند بار الکتریکی را در حالت انبساط و در آزمون‌های فشرده‌سازی تا چندین برابر تحمل کند.

این گروه تحقیقاتی متوجه شد که با فشرده‌سازی ذرات کوچک گرافن تحت فشار و حرارت می‌تواند ساختارهای متخلخل قوی و پایدار ایجاد کند که این ساختارها از نظر ظاهری شباهت زیادی به مرجان‌های دریایی دارد و نسبت سطح آن به حجم آن بیشتر است. به گفته گروه تحقیقاتی MIT، این اشکال جدید به گرافن دوبُعدی امکان می‌دهد ساختار قوی خود را به همان شیوه‌ای که در ورق‌های کاغذی به صورت مقاوم حفظ می‌کرد، در حالت سه‌بعدی هم به همان حالت نگه دارد و مقاومت بالای خود را از دست ندهد.

با استفاده از این روش به عنوان نقطه شروع، مدل‌های تولید شده با چاپگر سه‌بعدی به کمک پلاستیک ساخته شد که این مدل‌ها به صورت شبیه‌سازی شده از فضاهای متخلخل ارایه شود. دانشمندان توضیح دادند که این مدل‌ها بسیار توانمند ساخته شده‌اند و در حالی که گرافن ساخته شده با این روش تنها ۵ درصد تراکم فولاد را در خود جا داده است، در مقابل می‌تواند ۱۰ برابر مقاوم‌تر از فولاد عمل کند.