Массачусетсийн Технологийн Дээд Сургуулийн (MIT) судлаачид нүүрстөрөгчийн хоёр хэмжээст хэлбэр болох графены ширхэгийг шахаж хайлуулж байснаар хамгийн хүчтэй бөгөөд хөнгөн материал үйлдвэрлэжээ. Түүний тооцоолсон нягтрал нь гангийн нягтын дөнгөж 5% -ийг эзэлж, хүч чадал нь арав дахин нэмэгдсэн байна. Холбогдох бүтээлийг Science Advances сэтгүүлд нийтлэв.
Графеныг анхны хэлбэрээр нь мэдэгдэж байсан бүх материалаас хамгийн хүчтэй гэж үздэг бөгөөд онолын судалгааг өнгөрсөн зууны дөчин жилийн сүүлчээр эхлүүлсэн. Энэ бол Андрей Гейм, Константин Новоселов нарын 2004 онд исэлдсэн цахиурын субстрат дээрх хамгийн нимгэн графит хальснаас олж авсан дэлхийн анхны хоёр хэмжээст болор юм. Энэ амжилтынхаа төлөө тэд зургаан жилийн дараа физикийн Нобелийн шагнал хүртэв.
Графен үүссэнээс хойш түүнийг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд үйлдвэрлэх аргыг боловсруулсан болно. Үүн дээр тодорхой ахиц дэвшил гарсан боловч үүнийг үр дүнтэй гурван хэмжээст хэлбэрт шилжүүлэх хараахан чадаагүй байгаа бөгөөд энэхүү онцгой материалын чухал шинж чанар алдагдаж, хүч чадал нь урьдчилан таамаглаж байснаас хэд дахин бага байв.
Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд MIT-ийн инженерүүд задгай графены шаардлагатай геометрийн тохиргоонд анхаарлаа төвлөрүүлжээ. Тэд түүний зан төлөвийг атомын түвшинд хүртэл дүн шинжилгээ хийж, дараа нь олж авсан өгөгдлөө ашиглан математикийн загвар, компьютерийн загварчлал хийжээ. Эцсийн дүгнэлтүүд нь туршилтын ажиглалттай яг ижилхэн байсан бөгөөд эхний ээлжинд бусад материалаас мянга дахин томруулсан загвараар өндөр нягтралтай 3D принтер дээр хэвлүүлсэн болно.
MIT-ийн иргэний болон хүрээлэн буй орчны инженерийн албаны дарга Маркус Бюхлерийн хэлснээр 2D материалууд нь барилга байгууламж барихад ашиглаж болох 3 хэмжээст объектуудыг бүтээхэд ихэвчлэн ашиггүй байдаг. Гэвч компьютерийн загварчлал нь энэхүү бэрхшээлийг даван туулах боломжийг олгосон бөгөөд геометр нь амжилтыг тодорхойлох хүчин зүйл болжээ.
Үүний үр дүнд судлаачид жижиг графены ширхэгийг шахаж халааж хүчтэй, тогтвортой сүвэрхэг материалыг бий болгож чаджээ. Зарим шүр ба микроскоп диатомыг санагдуулам түүний бүтэц нь эзэлхүүнтэй харьцуулахад асар том гадаргуутай байдаг. Үүнийг gyroid гэж нэрлэдэг - 1970 онд НАСА-гийн Алан Шоуны тодорхойлсон гурвалсан үечилсэн хамгийн бага гадаргуутай тасралтгүй давтагдах хэлбэр.
"Үр дүнгээс харахад шинэ гурван хэмжээст хэлбэрийн шийдвэрлэх тал нь материалаас илүүтэйгээр тэдний ер бусын геометрийн тохиргоотой илүү холбоотой болохыг харуулж байна" гэж MIT дээр тэмдэглэв.
Хүрээлэнгийн инженерүүдийн үзэж байгаагаар ийм геометрийг барилга байгууламж дахь бетон шиг том хэмжээний бүтцийн материалд хүртэл ашиглаж болно. Энэхүү сүвэрхэг бүтэц нь зөвхөн хүч чадлыг нэмэгдүүлэх төдийгүй доторхи агаараар сайн дулаан тусгаарлагчийг бий болгоно.
"Та жинхэнэ графенийг материал болгон ашиглаж болно, эсвэл бидний олж илрүүлсэн геометрийг бусад материалуудтай, жишээлбэл, полимер эсвэл металлтай хослуулан хэрэглэж болно" гэж Маркус Бюхлер дүгнэв.
