Ang mga mananaliksik sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) ay gumawa ng isa sa pinakamalakas at pinakamagaan na materyales na kilala sa pamamagitan ng pag-compress at fusing graphene flakes, isang dalawang-dimensional na form ng carbon. Ang kinakalkula na density ay 5% lamang ng density ng bakal na may sampung beses na pagtaas sa lakas nito. Ang kaukulang gawain ay na-publish sa journal Science Advances.
Sa orihinal na anyo nito, ang graphene ay isinasaalang-alang ang pinakamalakas sa lahat ng mga kilalang materyales, at ang mga pag-aaral na panteorya ay nagsimula noong huli na kwarenta ng huling siglo. Ito ang unang dalawang-dimensional na kristal na sa mundo na nakuha nina Andrey Geim at Konstantin Novoselov noong 2004 mula sa pinakapayat na mga pelikulang grapayt sa isang oxidized na silikon substrate. Para sa tagumpay na ito, iginawad sa kanila ang Nobel Prize sa Physics pagkalipas ng anim na taon.
Mula nang magsimula ang graphene, ang mga pamamaraan para sa paggawa nito sa isang pang-industriya na sukat ay binuo. Ang ilang pag-unlad ay nakamit na rito, gayunpaman, hindi pa posible upang matagumpay na mabago ito sa isang mabisang three-dimensional form - nawala ang mga mahahalagang katangian ng pambihirang materyal na ito, at ang lakas nito ay maraming mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa hinulaang.
Upang malutas ang problemang ito, nakatuon ang mga inhinyero sa MIT sa kinakailangang pagsasaayos ng geometriko ng maramihang graphene. Sinuri nila ang pag-uugali nito hanggang sa antas ng atomic, at pagkatapos ay ginamit ang data na nakuha upang lumikha ng isang modelo ng matematika at simulate ng computer. Ang pangwakas na konklusyon ay eksaktong naaayon sa mga obserbasyong pang-eksperimentong, na sa simula ay isinagawa sa mga modelo na pinalaki ng libong beses mula sa iba pang mga materyales, na nakalimbag sa isang 3D na may mataas na resolusyon na printer.
Ayon kay Markus Buehler, pinuno ng sibil at engineering sa kapaligiran sa MIT, ang mga materyales na 2D ay karaniwang hindi masyadong kapaki-pakinabang para sa paglikha ng mga 3D na bagay na maaaring magamit sa pagtatayo ng mga gusali. Ngunit ginawang posible ng pagmomodelo ng computer na mapagtagumpayan ang problemang ito, at ang geometry ang naging tagapahiwatig ng kadahilanan para sa tagumpay.
Bilang isang resulta, ang mga mananaliksik ay nakalikha ng isang malakas at matatag na porous na materyal sa pamamagitan ng pag-compress at pag-init ng maliliit na mga natuklap na graphene. Ang istraktura nito, nakapagpapaalala ng ilang mga corals at microscopic diatoms, ay may isang malaking lugar sa ibabaw na may kaugnayan sa dami. Kilala ito bilang isang gyroid - isang tuluy-tuloy na paulit-ulit na hugis na may triple periodic minimum na ibabaw, na inilarawan ni Alan Schoen ng NASA noong 1970.
"Ipinapakita ng mga resulta na ang kritikal na aspeto ng bagong mga three-dimensional na hugis ay higit na may kinalaman sa kanilang hindi karaniwang pagsasaayos ng geometric kaysa sa materyal mismo," nabanggit sa MIT.
Ayon sa mga inhinyero ng instituto, ang naturang geometry ay maaaring mailapat kahit sa mga malalaking sukat na istruktura na materyales sa konstruksyon, tulad ng kongkreto. At ang porous na istrakturang ito ay hindi lamang magbibigay ng nadagdagan na lakas, kundi pati na rin ang mahusay na pagkakabukod ng thermal salamat sa hangin sa loob nito.
"Maaari kang gumamit ng tunay na graphene bilang isang materyal, o ilapat ang geometry na natuklasan namin na kasama ng iba pang mga materyales, tulad ng mga polymer o metal," pagtapos ni Markus Buehler.
