Leve e forte? Novo material é 5% mais denso que o aço, mas 10 vezes mais resistente
2023-06-12
Uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) investigou um dos materiais leves mais resistentes já feitos com uma impressora 3D multimaterial. Ao comprimir e derreter folhas de grafeno, eles criaram um material que é 5% mais denso que o aço e 10 vezes mais resistente.
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Ao comprimir as folhas de grafeno com calor e pressão, os pesquisadores obtiveram uma estrutura forte e estável, um pouco como o coral. Imediatamente, os cientistas descobriram que era esta forma incomum, semelhante a um coral, que tornava o grafeno comprimido tão forte, e não as propriedades do próprio material. Assim, ao replicar esta forma 3D em outros materiais mais baratos, como o plástico, os cientistas podem obter uma resistência semelhante à do grafeno a um custo menor.
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Ao comprimir a estrutura do grafeno até o limite, os pesquisadores descobriram que tinham um material incrivelmente forte, 5% mais denso que o aço, mas 10 vezes mais forte. Ao analisar o arranjo geométrico das folhas de grafeno comprimidas, os pesquisadores conseguiram reproduzir parcialmente o material mais resistente com uma impressora 3D.
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O grafeno tem propriedades excelentes. Será que substituirá o aço?
O calor do grafeno está aumentando
O tópico do grafeno tem esquentado desde que o Dr. Constantine isolou o grafeno do grafite por meio de fita adesiva em 2004.
Nos últimos anos, os relatórios esmagadores de vários meios de comunicação finalmente empurraram o grafeno para a vanguarda do tópico - indústrias médicas, imobiliárias, automobilísticas, de informática, biológicas e outras estão todas relacionadas a isso. Por um tempo, o grafeno quase se tornou sinônimo de tecnologia de ponta. Parece que se o grafeno não for incluído na publicidade externa, não será considerado uma indústria de alta tecnologia. Por que o grafeno é tão popular? Será que realmente se tornará o quarto maior material para os seres humanos depois do “carvão, aço e silício”? Deixe a realidade se desenvolver para nos dar a resposta.
O primeiro material a consistir em uma única camada de átomos
Os átomos de carbono estão conectados entre si em uma grade hexagonal. O grafite usado nos lápis equivale a inúmeras camadas de grafeno empilhadas, e os nanotubos de carbono são grafeno enrolado em um cilindro.
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Devido à natureza das ligações químicas entre os átomos de carbono, o grafeno é tenaz: pode ser dobrado em grandes ângulos sem quebrar e pode resistir a pressões muito elevadas. E como existe apenas uma camada de átomos, o movimento dos elétrons fica confinado a um plano, o que lhe confere propriedades elétricas completamente novas. O grafeno é transparente à luz visível, mas não é impermeável aos gases. Essas características o tornam adequado como matéria-prima para camadas protetoras e eletrônicos transparentes.
O surgimento do grafeno é nada menos que uma pequena revolução energética
A estrutura física especial do grafeno proporciona excelente condutividade elétrica e térmica, por isso é também o material com menor resistividade do mundo. Portanto, a densidade de energia das baterias feitas de grafeno chegará a 600Wh/kg, enquanto as baterias de lítio mais avançadas atuais são de apenas 180Wh/kg. Conta pública: Rede de Conhecimento Mecânico, compartilhando conhecimento e difundindo valor.
Por exemplo, uma bateria de grafeno pode ser carregada por 5 minutos e falar por 24 horas.
Juntamente com o fato de que as baterias de grafeno têm um oitavo do peso e o dobro da vida útil das baterias de lítio tradicionais, imagine os gargalos no desenvolvimento de indústrias como telefones celulares e veículos elétricos hoje...
No campo mais esperado do futuro – o campo da bioengenharia, o grafeno pode ser uma estrela humana.
A Boise State University, nos Estados Unidos, publicou o artigo "Graphene Foam Provides a Three-dimensional Platform for Myotube Growth", que estudou a aplicação da espuma de grafeno no tecido muscular. Os resultados indicam que a espuma de grafeno é adequada como material de suporte para o crescimento de tecido muscular funcional. O próprio grafeno é uma fina camada de carbono, por isso é considerado um material plano bidimensional, enquanto a espuma de grafeno é grafeno 3D feito de grafeno.
Em última análise, os pesquisadores usaram as propriedades únicas do grafeno e das espumas de grafeno para regenerar órgãos humanos. Pesquisas anteriores demonstraram que é possível fazer crescer ossos e cartilagens na espuma de grafeno, mas este é apenas o primeiro passo no estudo da compatibilidade da espuma de grafeno com o crescimento muscular.
Estrada, professor assistente da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Boise State University, disse: “Esperamos usar esses resultados para investigar as mudanças químicas básicas da vida para avançar para aplicações clínicas”. No futuro, através do novo material de espuma de grafeno, pode se tornar uma chave para controlar os músculos, semelhante aos nervos que controlam os músculos, e pode não ser um sonho trazer benefícios aos deficientes.
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A luz é uma das coisas mais misteriosas e, para uma nova forma de produzir luz, todos se curvarão.
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, descobriram um processo semelhante ao estrondo sônico produzido quando um avião excede a velocidade do som: a carga que flui através do grafeno pode, sob certas circunstâncias, exceder a velocidade desacelerada da luz, formando um "boom" de luz, um feixe de luz intensamente focado.
Esta nova forma de converter energia elétrica em radiação visível é altamente controlável, rápida e eficiente. Essa abordagem pode levar a uma variedade de novas aplicações, dizem os pesquisadores.
"O grafeno captura a luz através do que chamamos de plasmons de superfície. Os plasmons são partículas virtuais que representam as oscilações dos elétrons na superfície. Esses plasmons viajam através do grafeno mais rápido do que a velocidade da luz no espaço livre", disseram os pesquisadores. Centenas de vezes mais lento." Essa propriedade também abre a possibilidade de o grafeno ter o efeito oposto: formar luz em vez de prendê-la.
Muitos estudos científicos nos mostraram as incríveis propriedades do grafeno, mas há um porém.
Essas propriedades maravilhosas exigem muito da qualidade da amostra. Para obter amostras de grafeno com as melhores propriedades elétricas e mecânicas, é necessário um método demorado, trabalhoso e caro: o método de descascamento mecânico - primeiro cole o grafite no grafite com fita adesiva e, em seguida, retire o grafeno manualmente.
Não ria, Novoselov e os outros prepararam o grafeno desta forma em 2004.
Embora o conteúdo técnico não seja alto, o problema é que a taxa de sucesso não é alta. Não há problema em obter algumas amostras para pesquisa, produção industrial? Mesmo que você tenha minas de grafite em todo o mundo, você pode descascar alguns pedaços por dia...
Só pode ser colado repetidamente com fita adesiva? É claro que agora também temos muitas outras formas de aumentar a produção e reduzir custos.
Método de esfoliação em fase líquida: coloque grafite ou materiais similares contendo carbono em um líquido com tensão superficial super alta e, em seguida, bombardeie ultrassônico para soprar "flocos de neve" de grafeno.
Método de deposição química de vapor: deixe o gás contendo carbono condensar na superfície do cobre e, em seguida, retire a fina camada de grafeno formada.
Método de crescimento direto: tente fazer crescer diretamente uma camada de grafeno entre duas camadas de silício.
Existe também um método químico de oxidação-redução: as folhas de grafite são separadas pela inserção de átomos de oxigênio, e assim por diante.
O problema é que, utilizando estes métodos, a qualidade do produto não pode ser garantida. Pode-se dizer que existem muitos métodos, e cada um tem seu escopo de aplicação, mas até o momento não existe uma tecnologia realmente adequada para a produção industrializada em grande escala.
As preocupações de "espuma" do grafeno
Nos últimos anos, o grafeno desenvolveu-se rapidamente na China e as pessoas estão surpresas com o rápido desenvolvimento da indústria do grafeno e com o bom desempenho do produto. Mas por trás dessas “auras” e surpresas, as pessoas não conseguem deixar de questionar. A indústria do grafeno é atualmente um campo líder e ainda não formou a sua própria indústria, e ainda existem certas dificuldades e problemas por trás do seu desenvolvimento.
O atual fenômeno de “explosão” da indústria do grafeno também revela o exagero excessivo do capital. O conceito de grafeno tem sido muito alardeado e algumas notícias carecem de objetividade, o que tem levado a mal-entendidos na compreensão do grafeno por departamentos ou empresas relevantes, criando uma atmosfera que parece ser muito simples, "curta, plana e rápida" para enriquecer da noite para o dia. Mesmo algumas pessoas ainda não sabem a diferença entre grafeno e grafite.
Não há dúvida de que o grafeno desempenhará um papel importante no futuro. O futuro é brilhante, mas o caminho ainda precisa ser trilhado passo a passo. Especialmente nesta era cheia de sucesso rápido e lucro instantâneo, as bolhas estão por toda parte.
Após vários anos de desenvolvimento, a indústria de grafeno do meu país formou basicamente uma estrutura industrial com a província de Jiangsu como área de agregação e existência fragmentada em muitos outros lugares. Segundo as estatísticas, as reservas de minério de grafite do meu país representam 75% das reservas totais mundiais e a sua produção representa 72% da produção total mundial. É um dos poucos minerais do meu país com vantagens competitivas internacionais. meu país alcançou certos resultados de pesquisa nas áreas de preparação de grafeno, telas sensíveis ao toque de telefones celulares, baterias de íons de lítio e materiais compósitos, e está no nível avançado internacional em alguns campos.
Atualmente, o nível de desenvolvimento de algumas empresas líderes de grafeno no meu país está entre os melhores do mundo. Por muito tempo, o grafeno, conhecido como "ouro negro", foi produzido principalmente em pequenos lotes em unidades de grama em laboratórios, e o preço por grama chega a 5.000 yuans. Em 2013, Changzhou Sixth Element Materials Technology Co., Ltd. desenvolveu a primeira linha de produção de grafeno em pó de preparação macro em grande escala e controle totalmente automático na China, com uma capacidade de produção anual de 100 toneladas, resultando em uma queda no preço do grafeno para 13 yuans por grama. A aplicação industrial em larga escala do grafeno torna-se possível.
Embora os pontos positivos do desenvolvimento industrial surjam frequentemente, alguns sucessos rápidos e benefícios instantâneos merecem vigilância. Actualmente, o internacional incentiva o desenvolvimento da nova indústria de materiais, e o grafeno tornou-se o seu forte apoio. Juntamente com o seu enorme valor comercial, o elevado entusiasmo de investimento do governo e das empresas levou a que uma grande quantidade de capital fluísse para o campo do grafeno. A escala da indústria está se expandindo rapidamente e a tendência de “bolha” começa a aparecer. Além de Jiangsu, Chongqing, Ningbo, Qingdao, Deyang, Hebei, Pequim e outros lugares também estão implantando a indústria de grafeno. Chongqing listou o grafeno como uma das dez principais indústrias emergentes estratégicas, e Ningbo lançou o "Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo da Indústria e Inovação Tecnológica do Grafeno da Cidade de Ningbo (2014-2023)", com o objetivo de transformar a indústria do grafeno em uma indústria de 100 bilhões de dólares em 10 anos. Vantagens e indústrias características com escala de valor de produção de alto nível? De acordo com o relatório "Economic Information Daily", em termos de redução de capacidade, além da indústria do carvão e do aço, outras indústrias com capacidade de produção atrasada também entrarão na lista de redução de capacidade, incluindo indústrias atrasadas como automóveis, novas energias e grafeno. A capacidade de produção pode ser listada.
Alguns especialistas acreditam que a atual mania do grafeno é exatamente igual aos impulsos de construção naval e de investimento fotovoltaico do ano, refletindo a especulação profundamente enraizada de empresas e governos. Um responsável por uma empresa de grafeno disse até mesmo sem rodeios que isso é, claro, cegueira dos empresários, mas é mais um impulso do PIB do governo local, e o risco de "bolha" por trás disso não pode ser subestimado.
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Ao comprimir as folhas de grafeno com calor e pressão, os pesquisadores obtiveram uma estrutura forte e estável, um pouco como o coral. Imediatamente, os cientistas descobriram que era esta forma incomum, semelhante a um coral, que tornava o grafeno comprimido tão forte, e não as propriedades do próprio material. Assim, ao replicar esta forma 3D em outros materiais mais baratos, como o plástico, os cientistas podem obter uma resistência semelhante à do grafeno a um custo menor.
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Ao comprimir a estrutura do grafeno até o limite, os pesquisadores descobriram que tinham um material incrivelmente forte, 5% mais denso que o aço, mas 10 vezes mais forte. Ao analisar o arranjo geométrico das folhas de grafeno comprimidas, os pesquisadores conseguiram reproduzir parcialmente o material mais resistente com uma impressora 3D.
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O grafeno tem propriedades excelentes. Será que substituirá o aço?
O calor do grafeno está aumentando
O tópico do grafeno tem esquentado desde que o Dr. Constantine isolou o grafeno do grafite por meio de fita adesiva em 2004.
Nos últimos anos, os relatórios esmagadores de vários meios de comunicação finalmente empurraram o grafeno para a vanguarda do tópico - indústrias médicas, imobiliárias, automobilísticas, de informática, biológicas e outras estão todas relacionadas a isso. Por um tempo, o grafeno quase se tornou sinônimo de tecnologia de ponta. Parece que se o grafeno não for incluído na publicidade externa, não será considerado uma indústria de alta tecnologia. Por que o grafeno é tão popular? Será que realmente se tornará o quarto maior material para os seres humanos depois do “carvão, aço e silício”? Deixe a realidade se desenvolver para nos dar a resposta.
O primeiro material a consistir em uma única camada de átomos
Os átomos de carbono estão conectados entre si em uma grade hexagonal. O grafite usado nos lápis equivale a inúmeras camadas de grafeno empilhadas, e os nanotubos de carbono são grafeno enrolado em um cilindro.
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Devido à natureza das ligações químicas entre os átomos de carbono, o grafeno é tenaz: pode ser dobrado em grandes ângulos sem quebrar e pode resistir a pressões muito elevadas. E como existe apenas uma camada de átomos, o movimento dos elétrons fica confinado a um plano, o que lhe confere propriedades elétricas completamente novas. O grafeno é transparente à luz visível, mas não é impermeável aos gases. Essas características o tornam adequado como matéria-prima para camadas protetoras e eletrônicos transparentes.
O surgimento do grafeno é nada menos que uma pequena revolução energética
A estrutura física especial do grafeno proporciona excelente condutividade elétrica e térmica, por isso é também o material com menor resistividade do mundo. Portanto, a densidade de energia das baterias feitas de grafeno chegará a 600Wh/kg, enquanto as baterias de lítio mais avançadas atuais são de apenas 180Wh/kg. Conta pública: Rede de Conhecimento Mecânico, compartilhando conhecimento e difundindo valor.
Por exemplo, uma bateria de grafeno pode ser carregada por 5 minutos e falar por 24 horas.
Juntamente com o fato de que as baterias de grafeno têm um oitavo do peso e o dobro da vida útil das baterias de lítio tradicionais, imagine os gargalos no desenvolvimento de indústrias como telefones celulares e veículos elétricos hoje...
No campo mais esperado do futuro – o campo da bioengenharia, o grafeno pode ser uma estrela humana.
A Boise State University, nos Estados Unidos, publicou o artigo "Graphene Foam Provides a Three-dimensional Platform for Myotube Growth", que estudou a aplicação da espuma de grafeno no tecido muscular. Os resultados indicam que a espuma de grafeno é adequada como material de suporte para o crescimento de tecido muscular funcional. O próprio grafeno é uma fina camada de carbono, por isso é considerado um material plano bidimensional, enquanto a espuma de grafeno é grafeno 3D feito de grafeno.
Em última análise, os pesquisadores usaram as propriedades únicas do grafeno e das espumas de grafeno para regenerar órgãos humanos. Pesquisas anteriores demonstraram que é possível fazer crescer ossos e cartilagens na espuma de grafeno, mas este é apenas o primeiro passo no estudo da compatibilidade da espuma de grafeno com o crescimento muscular.
Estrada, professor assistente da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Boise State University, disse: “Esperamos usar esses resultados para investigar as mudanças químicas básicas da vida para avançar para aplicações clínicas”. No futuro, através do novo material de espuma de grafeno, pode se tornar uma chave para controlar os músculos, semelhante aos nervos que controlam os músculos, e pode não ser um sonho trazer benefícios aos deficientes.
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A luz é uma das coisas mais misteriosas e, para uma nova forma de produzir luz, todos se curvarão.
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, descobriram um processo semelhante ao estrondo sônico produzido quando um avião excede a velocidade do som: a carga que flui através do grafeno pode, sob certas circunstâncias, exceder a velocidade desacelerada da luz, formando um "boom" de luz, um feixe de luz intensamente focado.
Esta nova forma de converter energia elétrica em radiação visível é altamente controlável, rápida e eficiente. Essa abordagem pode levar a uma variedade de novas aplicações, dizem os pesquisadores.
"O grafeno captura a luz através do que chamamos de plasmons de superfície. Os plasmons são partículas virtuais que representam as oscilações dos elétrons na superfície. Esses plasmons viajam através do grafeno mais rápido do que a velocidade da luz no espaço livre", disseram os pesquisadores. Centenas de vezes mais lento." Essa propriedade também abre a possibilidade de o grafeno ter o efeito oposto: formar luz em vez de prendê-la.
Muitos estudos científicos nos mostraram as incríveis propriedades do grafeno, mas há um porém.
Essas propriedades maravilhosas exigem muito da qualidade da amostra. Para obter amostras de grafeno com as melhores propriedades elétricas e mecânicas, é necessário um método demorado, trabalhoso e caro: o método de descascamento mecânico - primeiro cole o grafite no grafite com fita adesiva e, em seguida, retire o grafeno manualmente.
Não ria, Novoselov e os outros prepararam o grafeno desta forma em 2004.
Embora o conteúdo técnico não seja alto, o problema é que a taxa de sucesso não é alta. Não há problema em obter algumas amostras para pesquisa, produção industrial? Mesmo que você tenha minas de grafite em todo o mundo, você pode descascar alguns pedaços por dia...
Só pode ser colado repetidamente com fita adesiva? É claro que agora também temos muitas outras formas de aumentar a produção e reduzir custos.
Método de esfoliação em fase líquida: coloque grafite ou materiais similares contendo carbono em um líquido com tensão superficial super alta e, em seguida, bombardeie ultrassônico para soprar "flocos de neve" de grafeno.
Método de deposição química de vapor: deixe o gás contendo carbono condensar na superfície do cobre e, em seguida, retire a fina camada de grafeno formada.
Método de crescimento direto: tente fazer crescer diretamente uma camada de grafeno entre duas camadas de silício.
Existe também um método químico de oxidação-redução: as folhas de grafite são separadas pela inserção de átomos de oxigênio, e assim por diante.
O problema é que, utilizando estes métodos, a qualidade do produto não pode ser garantida. Pode-se dizer que existem muitos métodos, e cada um tem seu escopo de aplicação, mas até o momento não existe uma tecnologia realmente adequada para a produção industrializada em grande escala.
As preocupações de "espuma" do grafeno
Nos últimos anos, o grafeno desenvolveu-se rapidamente na China e as pessoas estão surpresas com o rápido desenvolvimento da indústria do grafeno e com o bom desempenho do produto. Mas por trás dessas “auras” e surpresas, as pessoas não conseguem deixar de questionar. A indústria do grafeno é atualmente um campo líder e ainda não formou a sua própria indústria, e ainda existem certas dificuldades e problemas por trás do seu desenvolvimento.
O atual fenômeno de “explosão” da indústria do grafeno também revela o exagero excessivo do capital. O conceito de grafeno tem sido muito alardeado e algumas notícias carecem de objetividade, o que tem levado a mal-entendidos na compreensão do grafeno por departamentos ou empresas relevantes, criando uma atmosfera que parece ser muito simples, "curta, plana e rápida" para enriquecer da noite para o dia. Mesmo algumas pessoas ainda não sabem a diferença entre grafeno e grafite.
Não há dúvida de que o grafeno desempenhará um papel importante no futuro. O futuro é brilhante, mas o caminho ainda precisa ser trilhado passo a passo. Especialmente nesta era cheia de sucesso rápido e lucro instantâneo, as bolhas estão por toda parte.
Após vários anos de desenvolvimento, a indústria de grafeno do meu país formou basicamente uma estrutura industrial com a província de Jiangsu como área de agregação e existência fragmentada em muitos outros lugares. Segundo as estatísticas, as reservas de minério de grafite do meu país representam 75% das reservas totais mundiais e a sua produção representa 72% da produção total mundial. É um dos poucos minerais do meu país com vantagens competitivas internacionais. meu país alcançou certos resultados de pesquisa nas áreas de preparação de grafeno, telas sensíveis ao toque de telefones celulares, baterias de íons de lítio e materiais compósitos, e está no nível avançado internacional em alguns campos.
Atualmente, o nível de desenvolvimento de algumas empresas líderes de grafeno no meu país está entre os melhores do mundo. Por muito tempo, o grafeno, conhecido como "ouro negro", foi produzido principalmente em pequenos lotes em unidades de grama em laboratórios, e o preço por grama chega a 5.000 yuans. Em 2013, Changzhou Sixth Element Materials Technology Co., Ltd. desenvolveu a primeira linha de produção de grafeno em pó de preparação macro em grande escala e controle totalmente automático na China, com uma capacidade de produção anual de 100 toneladas, resultando em uma queda no preço do grafeno para 13 yuans por grama. A aplicação industrial em larga escala do grafeno torna-se possível.
Embora os pontos positivos do desenvolvimento industrial surjam frequentemente, alguns sucessos rápidos e benefícios instantâneos merecem vigilância. Actualmente, o internacional incentiva o desenvolvimento da nova indústria de materiais, e o grafeno tornou-se o seu forte apoio. Juntamente com o seu enorme valor comercial, o elevado entusiasmo de investimento do governo e das empresas levou a que uma grande quantidade de capital fluísse para o campo do grafeno. A escala da indústria está se expandindo rapidamente e a tendência de “bolha” começa a aparecer. Além de Jiangsu, Chongqing, Ningbo, Qingdao, Deyang, Hebei, Pequim e outros lugares também estão implantando a indústria de grafeno. Chongqing listou o grafeno como uma das dez principais indústrias emergentes estratégicas, e Ningbo lançou o "Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo da Indústria e Inovação Tecnológica do Grafeno da Cidade de Ningbo (2014-2023)", com o objetivo de transformar a indústria do grafeno em uma indústria de 100 bilhões de dólares em 10 anos. Vantagens e indústrias características com escala de valor de produção de alto nível? De acordo com o relatório "Economic Information Daily", em termos de redução de capacidade, além da indústria do carvão e do aço, outras indústrias com capacidade de produção atrasada também entrarão na lista de redução de capacidade, incluindo indústrias atrasadas como automóveis, novas energias e grafeno. A capacidade de produção pode ser listada.
Alguns especialistas acreditam que a atual mania do grafeno é exatamente igual aos impulsos de construção naval e de investimento fotovoltaico do ano, refletindo a especulação profundamente enraizada de empresas e governos. Um responsável por uma empresa de grafeno disse até mesmo sem rodeios que isso é, claro, cegueira dos empresários, mas é mais um impulso do PIB do governo local, e o risco de "bolha" por trás disso não pode ser subestimado.
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