Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na MITu připravili z grafenu jakési lešení, které má v tahu i tlaku 10krát větší pevnost než ocel. Specifická 3D struktura, vznikající stlačením a fúzí grafenových vloček, přitom dosahuje jen 5 % hustoty ocele.
V minulosti podobné pokusy nepřinášely očekávané výsledky a připravené 3D struktury grafenu nebyly zdaleka tak pevné, jak vědci očekávali. Na MITu nyní modelovali vlastnosti až na úroveň jednotlivých atomů a docílili prý toho, že výsledky simulace odpovídaly realitě – tedy testování mechanické odolnosti finálního produktu.
Stlačováním jednotlivých vloček grafenu za zvýšené teploty a tlaku vede ke strukturám, které se mají podobat např. mořských houbám, některým korálům nebo mikroskopickým křemičitým schránkám rozsivek. Jde málem o prázdný prostor, každopádně vzhledem k objemu mají tyto struktury obrovský povrch. Výsledek si lze představit i jako analogii toho, co se dá dělat s obyčejným papírem; list papíru dokážeme sice snadno ohýbat i trhat, ale proti tahu ve „své“ (vodorovné) rovině je odolný. Pokud papír budeme různě skládat a smotávat do trubiček, spirál a dalších útvarů, můžeme docílit podobné pevnosti ve všech směrech.
Samotná výroba grafenových 3D struktur vyžaduje speciální 3D tiskárnu s vysokým rozlišením. Jinak to skoro nejde, protože toto pletivo připomíná málem fraktál. Efektivnější výroba by mohla vycházet třeba ze šablony z kovů či polymerů, na ni by se pak grafen ukládal depozicí uhlíkových par. Matrice by se pak chemicky či fyzikálně odstranila (rozpuštění apod.).
Autoři výzkumu nicméně nepotvrdili jednu z dříve navržených aplikací grafenu. Podle tohoto nápadu by nadýchané 3D grafenové struktury mohly být tak lehké, že by měly menší hustotu než vzduch a daly by se použít jako náplň balónů. Podle výsledků z MITu to ale nevychází, protože taková struktura by nevydržela tlak okolního vzduchu.
Markus Buehler a jeho tým v časopisu Science Advances upozorňují navíc na to, že za pevností jejich materiálu stojí více geometrie než konkrétní látka; z tohoto důvodu by podobné vlastnosti měly mít i struktury z jiných materiálů a určitě se zde otevírá velký prostor pro další výzkumy. Lze zkoušet takto používat kovy, polovodiče i polymery, a ladit tak vlastnosti ultrapevného materiálu z hlediska průhlednosti i elektrické či tepelné vodivosti. Např. speciálně porézní beton by mohl být stejně pevný či ještě pevnější jako klasický beton zcela vyplňující prostor, navíc by byl lehčí a díky kapsám vzduchu ve struktuře lépe tepelně izoloval. Nabízí se také využití pórovitých struktur jako filtračních apod. materiálů, ať už jde o čištění vody nebo chemické výroby.
Zdroj: Phys.org
