Легкий и сильный? Новый материал на 5% плотнее стали, но в 10 раз прочнее

Исследовательская группа Массачусетского технологического института (MIT) исследовала один из самых прочных и легких материалов с помощью 3D-принтера, работающего с несколькими материалами. Сжимая и плавя листы графена, они создали материал, который на 5 процентов плотнее стали и в 10 раз прочнее.
картина
Сжимая листы графена под воздействием тепла и давления, исследователи получили прочную и стабильную структуру, немного напоминающую коралл. Ученые сразу же обнаружили, что именно эта необычная коралловая форма сделала сжатый графен таким прочным, а не свойства самого материала. Таким образом, воспроизводя эту трехмерную форму на других более дешевых материалах, таких как пластик, ученые могут достичь прочности, подобной графену, с меньшими затратами.
картина
Сжав структуру графена до предела, исследователи обнаружили, что получили невероятно прочный материал, который на 5 процентов плотнее стали, но в 10 раз прочнее. Анализируя геометрическое расположение сжатых листов графена, исследователи смогли частично воспроизвести самый прочный материал с помощью 3D-принтера.
картина
У графена такие превосходные свойства, заменит ли он сталь?
Нагрев графена растет
Тема графена стала актуальной с тех пор, как в 2004 году доктор Константин изолировал графен от графита с помощью клейкой ленты.
В последние годы ошеломляющие сообщения различных средств массовой информации наконец-то выдвинули графен на передний план темы — с этим связаны медицина, недвижимость, автомобильная, компьютерная, биологическая и другие отрасли. На какое-то время графен стал почти синонимом передовой технологии. Похоже, что если графен не включен во внешнюю рекламу, то он не считается высокотехнологичной отраслью. Почему графен так популярен? Действительно ли он станет четвертым по величине материалом для человечества после угля, стали и кремния? Позвольте реальности развиваться, чтобы дать нам ответ.
Первый материал, состоящий из одного слоя атомов.
Атомы углерода соединены друг с другом в шестиугольную сетку. Графит, используемый в карандашах, эквивалентен бесчисленным слоям графена, сложенным вместе, а углеродные нанотрубки — это графен, свернутый в цилиндр.
картина
Благодаря природе химических связей между атомами углерода графен очень живуч: его можно сгибать под большими углами, не разрушая, и он выдерживает очень высокое давление. А поскольку атомный слой всего один, движение электронов ограничено одной плоскостью, что придает ему совершенно новые электрические свойства. Графен прозрачен в видимом свете, но не газонепроницаем. Эти характеристики делают его пригодным в качестве сырья для защитных слоев и прозрачной электроники.
Появление графена — не что иное, как маленькая энергетическая революция
Особая физическая структура графена обеспечивает ему превосходную электро- и теплопроводность, поэтому это также материал с наименьшим удельным сопротивлением в мире. Таким образом, плотность энергии батарей из графена будет достигать 600 Втч/кг, тогда как у самых современных литиевых батарей плотность энергии составляет всего 180 Втч/кг. Публичный аккаунт: Сеть знаний в области механики, обмен знаниями и распространение ценностей.
Например, графеновую батарею можно заряжать 5 минут и разговаривать 24 часа.
В сочетании с тем фактом, что графеновые батареи в восемь раз легче традиционных литиевых батарей и имеют в два раза больший срок службы, представьте себе узкие места в развитии таких отраслей, как мобильные телефоны и электромобили сегодня...
В самой ожидаемой области будущего — области биоинженерии — графен может стать суперзвездой человечества.
Государственный университет Бойсе в США опубликовал статью «Пена графена обеспечивает трехмерную платформу для роста мышечных трубок», в которой изучалось применение пены графена в мышечной ткани. Результаты показывают, что пена графена пригодна в качестве каркасного материала для выращивания функциональной мышечной ткани. Графен сам по себе представляет собой тонкий углеродный слой, поэтому его считают двумерным плоским материалом, а пенопласт — это трехмерный графен, изготовленный из графена.
В конечном итоге исследователи использовали уникальные свойства графена и пенопласта для регенерации человеческих органов. Прошлые исследования показали, что на пенопласте графена можно выращивать кости и хрящи, но это только первый шаг в изучении совместимости пенопласта с ростом мышц.
Эстрада, доцент Школы материаловедения и инженерии Государственного университета Бойсе, сказал: «Мы надеемся использовать эти результаты для исследования основных химических изменений в жизни, чтобы перейти к клиническим применениям». В будущем, благодаря новому материалу из пенопласта графена, он может стать переключателем для управления мышцами, подобным нервам, управляющим мышцами, и, возможно, это не мечта о том, чтобы принести пользу инвалидам.
картина
Свет – одна из самых загадочных вещей, и перед новым способом получения света все преклонятся.
Исследователи из Массачусетского технологического института в США обнаружили процесс, аналогичный звуковому удару, возникающему, когда самолет превышает скорость звука: заряд, текущий через графен, может при определенных обстоятельствах превышать замедленную скорость света, образуя свет. «бум», интенсивно сфокусированный луч света.
Этот новый способ преобразования электрической энергии в видимое излучение является легко контролируемым, быстрым и эффективным. По словам исследователей, этот подход может привести к появлению множества новых приложений.
«Графен улавливает свет посредством того, что мы называем поверхностными плазмонами. Плазмоны — это виртуальные частицы, которые представляют собой колебания электронов на поверхности. Эти плазмоны перемещаются через графен быстрее, чем скорость света в свободном пространстве», — говорят исследователи. В сотни раз медленнее». Это свойство также открывает возможность того, что графен будет иметь противоположный эффект: формировать свет, а не улавливать его.
Многие научные исследования показали нам удивительные свойства графена, но есть одна загвоздка.
Эти замечательные свойства предъявляют очень высокие требования к качеству образцов. Для получения образцов графена с лучшими электрическими и механическими свойствами необходим трудоемкий, трудоемкий и дорогостоящий метод: метод механического отслаивания — сначала приклеивают графит к графиту скотчем, а затем отклеивают графен. рукой.
Не смейтесь, Новоселов и другие таким образом приготовили графен в 2004 году.
Хотя техническое содержание невелико, проблема в том, что вероятность успеха невысока. Можно ли получить образцы для исследований, промышленного производства? Даже если у вас есть графитовые шахты по всему миру, вы можете отслаивать по несколько кусков в день...
Можно ли его только снова и снова приклеивать скотчем? Конечно, теперь у нас есть и много других способов увеличить производство и снизить затраты.
Метод жидкофазного отшелушивания: поместите графит или подобные углеродсодержащие материалы в жидкость со сверхвысоким поверхностным натяжением, а затем ультразвуковую бомбардировку, чтобы сдуть графеновые «снежинки».
Метод химического осаждения из паровой фазы: дайте углеродосодержащему газу конденсироваться на поверхности меди, а затем снимите образовавшийся тонкий слой графена.
Метод прямого роста: попробуйте напрямую вырастить слой графена между двумя слоями кремния.
Существует и химический окислительно-восстановительный метод: листы графита разделяются внедрением атомов кислорода и так далее.
Беда в том, что при использовании этих методов невозможно гарантировать качество продукции. Можно сказать, что методов много, и каждый имеет свою сферу применения, но до сих пор не существует технологии, действительно подходящей для промышленно освоенного крупномасштабного производства.
Беспокойство о «пенении» графена
За последние несколько лет графен быстро развивался в Китае, и люди поражаются быстрому развитию графеновой промышленности и хорошим характеристикам продукции. Но за этими «аурами» и сюрпризами люди не могут не задаваться вопросом. Графеновая индустрия в настоящее время является ведущей отраслью, так и не сформировавшей толком собственной отрасли, и в ее развитии все еще существуют определенные трудности и проблемы.
Нынешний «бум» графеновой индустрии также свидетельствует о чрезмерном ажиотаже капитала. Концепция графена была слишком раздута, а некоторым новостям не хватает объективности, что привело к недоразумениям в понимании графена соответствующими ведомствами или предприятиями, создавая атмосферу, которая кажется очень простой, «короткой, плоской и быстрой» для понимания. разбогатеть за одну ночь. Даже некоторые люди до сих пор не знают разницы между графеном и графитом.
Нет сомнений в том, что графен будет играть огромную роль в будущем. Будущее светлое, но дорогу еще нужно пройти шаг за шагом. Особенно в нашу эпоху быстрого успеха и мгновенной прибыли, пузыри повсюду.
После нескольких лет развития графеновая промышленность моей страны в основном сформировала промышленную структуру с провинцией Цзянсу в качестве области агрегации и фрагментировала существование во многих других местах. Согласно статистике, запасы графитовой руды моей страны составляют 75% от общих мировых запасов, а ее добыча составляет 72% от общего мирового производства. Это один из немногих полезных ископаемых в моей стране, обладающих конкурентными преимуществами на международном уровне. Моя страна достигла определенных результатов исследований в области подготовки графена, сенсорных экранов мобильных телефонов, литий-ионных аккумуляторов и композитных материалов, а в некоторых областях находится на передовом международном уровне.
В настоящее время уровень развития некоторых ведущих графеновых предприятий в моей стране входит в число лучших в мире. Долгое время графен, известный как «черное золото», в основном производился небольшими партиями в граммах в лабораториях, а цена за грамм достигала 5000 юаней. В 2013 году компания Changzhou Sixth Element Materials Technology Co., Ltd. разработала первую в Китае крупномасштабную линию по производству порошкового графена для макроподготовки и полностью автоматического управления с годовой производственной мощностью 100 тонн, что привело к падению цен на графен до 13 юаней за грамм. Становится возможным крупномасштабное промышленное применение графена.
Хотя положительные моменты промышленного развития появляются часто, некоторые быстрые успехи и мгновенные выгоды заслуживают бдительности. В настоящее время международное сообщество поощряет развитие индустрии новых материалов, и графен стал его мощной поддержкой. В сочетании с его огромной коммерческой ценностью, высокий инвестиционный энтузиазм правительства и предприятий привел к притоку большого количества капитала в область графена. Масштабы отрасли быстро расширяются, и начинает проявляться тенденция «пузыря». Помимо Цзянсу, Чунцин, Нинбо, Циндао, Дэян, Хэбэй, Пекин и другие места также развивают графеновую промышленность. Чунцин включил графен в десятку крупнейших стратегически развивающихся отраслей, а Нинбо опубликовал «Среднесрочный и долгосрочный план развития графеновых технологий и промышленности города Нинбо (2014–2023 годы)», направленный на то, чтобы превратить графеновую промышленность в 100-миллиардную -долларовой отрасли в течение 10 лет. Преимущества и характерные черты отраслей с высокой шкалой стоимости выпуска? Согласно отчету «Economic Information Daily», с точки зрения сокращения мощностей, помимо угольной и сталелитейной промышленности, в список сокращения мощностей войдут и другие отрасли с отсталыми производственными мощностями, в том числе такие отсталые отрасли, как автомобилестроение, новая энергетика, и графен. Производственные мощности могут быть указаны.
Некоторые эксперты полагают, что нынешнее увлечение графеном точно такое же, как инвестиционные импульсы этого года в судостроении и фотоэлектрической отрасли, отражая глубоко укоренившиеся спекуляции предприятий и правительств. Человек, возглавляющий графеновую компанию, даже прямо сказал, что это, конечно, слепота предпринимателей, но это скорее импульс ВВП местного правительства, и риск возникновения «пузыря» за ним нельзя недооценивать.