Ultralight 'Super-Materiaal' Is 10 Keer Sterker Dan Staal

{h1}

Door warmte en temperatuur te gebruiken om de oriëntatie van atomen aan te passen, hebben wetenschappers een sponsachtig, ultrasterk materiaal gemaakt dat lichter is dan een tas met ritssluiting.

Een sponsachtig nieuw supermateriaal kan lichter zijn dan het dunste plastic dat toch tien keer sterker is dan staal.

Het nieuwe supermateriaal bestaat uit vlekjes grafeen die in elkaar gedrukt zijn en samengesmolten tot een enorm, spinnewebend netwerk. De pluizige structuur, die een beetje lijkt op een psychedelisch schepsel, is bijna volledig hol; de dichtheid is slechts 5 procent die van gewone grafeen, aldus de onderzoekers.

Wat meer is, hoewel de onderzoekers grafeen gebruikten, zijn de schijnbaar magische eigenschappen van het materiaal niet volledig afhankelijk van de gebruikte atomen: het geheime ingrediënt is de manier waarop die atomen zijn uitgelijnd, aldus de wetenschappers.

"Je kunt het materiaal zelf vervangen door alles", zei Markus J. Buehler, een materiaalwetenschapper aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in een verklaring. "De geometrie is de dominante factor, het is iets dat het potentieel heeft om over te schakelen naar veel dingen."

Grafeen, een materiaal dat bestaat uit schilferige vellen koolstofatomen, is het sterkste materiaal op aarde - tenminste in 2D-vellen. Op papier hebben ultradunne vellen grafeen, die slechts een atoomdikte hebben, unieke elektrische eigenschappen en ontembare sterkte. Helaas vertalen deze eigenschappen zich niet gemakkelijk naar 3D-vormen die worden gebruikt om dingen te bouwen. [7 Technologies Transformed Warfare]

In eerdere simulaties werd gesuggereerd dat het oriënteren van de grafeenatomen op een specifieke manier de kracht in drie dimensies zou kunnen vergroten. Toen onderzoekers echter probeerden deze materialen in het lab te maken, waren de resultaten vaak honderden of duizenden keren zwakker dan voorspeld, aldus de onderzoekers in de verklaring.

Sterker dan staal

Om deze uitdaging aan te pakken, heeft het team de basis gelegd: analyse van de structuur op atomair niveau. Van daaruit creëerden de onderzoekers een wiskundig model dat nauwkeurig kan voorspellen hoe opvallend sterke super-materialen kunnen worden gemaakt. De onderzoekers gebruikten vervolgens nauwkeurige hoeveelheden warmte en druk om de resulterende bochtige, labyrintische structuren te produceren, bekend als gyroïden, die eerst wiskundig werden beschreven door een NASA-wetenschapper in 1970.

"Eigenlijk is het maken van ze met behulp van conventionele productiemethoden waarschijnlijk onmogelijk," zei Bühler.

De kracht van het materiaal komt van de enorme oppervlakte-tot-volume-verhouding, rapporteerden de onderzoekers in een studie gepubliceerd op 6 januari in het tijdschrift Science Advances. In de natuur gebruiken zeewezens zoals koraal en diatomeeën ook een grote oppervlakte-tot-volume verhouding om ongelooflijke kracht te bereiken op kleine schalen.

"Toen we deze 3D-structuren creëerden, wilden we zien wat de limiet is - wat is het sterkst mogelijke materiaal dat we kunnen produceren," studeerde co-auteur Zhao Qin, onderzoeker civiele en milieutechniek aan het MIT, in de verklaring.

De wetenschappers creëerden een reeks modellen, bouwden ze en onderwierpen ze vervolgens aan spanning en compressie. Het sterkste materiaal dat de onderzoekers creëerden was ongeveer even dicht als de lichtste plastic zak, maar sterker dan staal.

Een obstakel voor het maken van deze supersterke materialen is het gebrek aan industriële productiemogelijkheden om ze te produceren, aldus de onderzoekers. Er zijn echter manieren waarop het materiaal op grotere schaal kan worden geproduceerd, aldus de wetenschappers

De eigenlijke deeltjes zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt als sjablonen die zijn bekleed met grafeen door middel van chemische dampafzetting; de onderliggende sjabloon kan dan worden gegeten of worden weggepeld met behulp van chemicaliën of fysische technieken, waardoor de grafeen-gyroid achterblijft, aldus de onderzoekers.

In de toekomst zouden enorme bruggen kunnen worden gemaakt van gyroid-beton, dat ultrasterk, lichtgewicht en geïsoleerd zou zijn tegen hitte en kou vanwege alle ontelbare luchtzakken in het materiaal, aldus de onderzoekers.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Building WORLD's HEAVIEST Stormbreaker! (IT'S DONE!).




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com