בהשאלה של שפים מאפה, מהנדסים ליצור מרוכבים nanolayered

מהפכה בבית Parental Guidance טריילר (יוני 2019).

Anonim

התאמת טריק ישן המשמש במשך מאות שנים על ידי שני המתכות ומקבלי מאפה, צוות של חוקרים ב- MIT מצא דרך יעילה ליצור חומרים מרוכבים המכילים מאות שכבות כי הם רק אטומים עבה אבל span רוחב מלא של החומר. גילוי יכול לפתוח אפשרויות רחבות היקף עבור עיצוב חדש, קל לייצור חומרים מרוכבים עבור התקנים אופטיים, מערכות אלקטרוניות, וחומרים ההייטק.

העבודה מתוארת השבוע במאמר בעיתון " Science" מאת מייקל סטרנו, פרופסור לפיליפינים בפחמן בהנדסה כימית; postdoc Pingwei Liu; ו 11 סטודנטים אחרים MIT, postdocs, ופרופסורים.

חומרים כגון גראפן, דו מימדי צורה של פחמן טהור, צינורות פחמן, צילינדרים זעירים כי הם גרפן מגולגל למעשה, הם "כמה מהחומרים החזקים ביותר, הכי קשה שיש לנו זמין", אומר Strano, כי האטומים שלהם מוחזקים יחד יחדיו על ידי איגרות פחמן פחמן, שהן "הטבע החזק ביותר נותן לנו" עבור קשרים כימיים לעבוד עם. אז, החוקרים כבר מחפשים דרכים להשתמש ננו אלה כדי להוסיף כוח רב חומרים מרוכבים, הרבה הסורגים בדרך פלדה משמשים לחיזוק בטון.

המכשול הגדול ביותר הוא למצוא דרכים להטביע חומרים אלה בתוך מטריצה ​​של חומר אחר בצורה מסודרת. אלה סדינים זעירים צינורות יש נטייה חזקה לגבש יחד, אז רק מערבבים אותם לתוך אצווה של שרף נוזלי לפני זה קובע לא עובד בכלל. התובנה של צוות ה- MIT היתה למצוא דרך ליצור מספר רב של שכבות, מוערמות בצורה מסודרת לחלוטין, מבלי לערום כל שכבה בנפרד.

למרות התהליך מורכב יותר ממה שהוא נשמע, בלב זה היא טכניקה דומה לזה המשמש לייצור הלהבים פלדה חרב ultrasrong, כמו גם את בצק עלים זה בקלאווה ונפולונים. שכבה של חומר - בין אם זה פלדה, בצק, או גרפן - הוא פרוש שטוח. ואז, החומר הוא הכפיל את עצמו על עצמו, הלם או התגלגל החוצה, ולאחר מכן הוכפל שוב, ושוב, ושוב.

עם כל קפל, מספר שכבות זוגות, ובכך לייצר עלייה מעריכית שכבות. רק 20 קפל פשוט היה לייצר יותר ממיליון שכבות מיושרים לחלוטין.

עכשיו, זה לא עובד בדיוק ככה על הננומטריה. במחקר זה, במקום לקפל את החומר, הצוות חתך את כל הבלוק עצמו, המורכב משכבות של גראפן לסירוגין ואת החומר מרובע לתוך מרובע, ולאחר מכן החליק רבע על גבי אחד, מרובע את מספר השכבות, ולאחר מכן חוזר על התהליך. אבל התוצאה היתה זהה: ערימה אחידה של שכבות, מיוצר במהירות, וכבר מוטבע בחומר המטריצה, במקרה זה פוליקרבונט, כדי ליצור מורכב.

בבדיקות הוכחה של קונספט, צוות MIT יצר מרוכבים עם עד 320 שכבות של גרפן מוטבע בהם. הם הצליחו להוכיח כי למרות הסכום הכולל של הגרפן הוסיף לחומר היה זעיר - פחות מ 1/10 של אחוז במשקל - זה הביא לשיפור ברור כוח הכולל.

"לגראפן יש יחס היבט אינסופי יעיל", אומר סטראנו, כיוון שהוא דק עד דק, אך הוא יכול להקיף גדלים גדולים מספיק כדי שייראה ויטופל. "זה יכול להקיף שני ממדים של החומר", למרות שזה רק בעובי ננומטר. גראפן וקומץ חומרים ידועים אחרים הם "החומרים הידועים היחידים שיכולים לעשות זאת", הוא אומר.

הצוות גם מצא דרך לעשות סיבים מובנים מ גרפן, פוטנציאל לאפשר את היצירה של חוטים ובדים עם פונקציות אלקטרוניות מוטבע, כמו גם עוד סוג של מרוכבים. השיטה משתמשת במנגנון גז, בדומה לפרוסת גבינה, כדי לקלף שכבות של גרפן באופן שגורם להם להתגלגל לתוך צורה דמוית גלילה, הידועה טכנית בשם ספירלה ארכימדית.

זה יכול להתגבר על אחד החסרונות הגדולים ביותר של גראפן וננו, במונחים של היכולת שלהם להיות ארוג לתוך סיבים ארוכים: slippersiness קיצוניים שלהם. בגלל שהם חלקים כל כך בצורה חלקה, גדילי להחליק זה על פני זה במקום לדבוק יחד צרור. ואת גדיל מגולגל החדש לא רק להתגבר על בעיה זו, הם גם מאוד מתיחה, בניגוד חומרים חזקים אחרים כגון Kevlar. זה אומר שהם עשויים להשאיל את עצמם להיות ארוגים חומרי מגן שיכול "לתת" בלי לשבור.

תכונה אחת בלתי צפויה של מרוכבים חדשים מרובד, סטראנו אומר, היא כי שכבות גראפן, אשר מוליכים חשמלית מאוד, לשמור על המשכיות שלהם לאורך כל הדרך המדגם המשולב שלהם ללא כל קצר קצר אל השכבות הסמוכות. כך, למשל, פשוט החדרת בדיקה חשמלית לתוך הערימה לעומק מדויק מסוים יאפשר "ייחודי" כתובת אחת מכל מאות שכבות. זה יכול בסופו של דבר להוביל סוגים חדשים של אלקטרוניקה רב שכבתית מורכבת, הוא אומר.

menu
menu