วัสดุใหม่ที่ทำด้วย Graphene และมีความแข็งแกร่งกว่าเหล็ก 10 เท่าแต่เบากว่ามาก

MIT-Lightweight-gyroid-model

นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย MIT ได้ออกแบบและทำวัสดุที่มีความแข็งที่สุดซึ่งทำจากแกรฟีนที่อัดทับกัน วัสดุนี้มีน้ำหนักเบาและมีความหนาแน่นน้อยกว่าเหล็กถึง 5 เปอร์เซ็นต์ แต่มีความแข็งแกร่งมากกว่าเหล็กถึง 10 เท่า

แกรฟีนเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยคาร์บอนบริสุทธิ์ที่มีความหนาเท่ากับขนาดของอะตอมของคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนจะเชื่อมต่อกันเป็นรูปลังผึ่ง ซึ่งเมื่ออยู่ในรูปแบบของแผ่นในสองมิตินี้แกรฟีนเป็นวัสดุที่แข็งที่สุด แต่ปัญหาของแกรฟีนก็คือการนำมาใช้งานจริงเนื่องจากแผ่นมีขนาดบางมากและเมื่อนำมาอัดทับกันเพื่อที่จะทำเป็นสิ่งต่าง ๆ วัสดุดังกล่าวก็ไม่แข็งแกร่งเท่าที่คาดหวัง

แต่นักวิทยาศาสตร์จาก MIT ได้นำแกรฟีนมาทำเป็นวัสดุที่มีความแข็งที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยทำมาโดยการบีบอัดและหลอมสะเก็ดของกราฟีน และวัสดุที่ได้เป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าเหล็กแต่มีความแข็งแกร่งกว่าถึง 10 เท่า การค้นพบครั้งนี้ได้ลงในวารสารทางวิชาการ Science Advances เมื่อวันที่ 6 มกราคม 2017

และการค้นพบครั้งนี้จะดูเหมือนว่าการจัดรูปแบบโครงสร้างของเนื้อวัสดุในสามมิติที่ทำให้วัสดุที่ทำขึ้นมามีความแข็งแกร่ง นั้นก็หมายความว่านักวิทยาศาสตร์สามารถใช้วัสดุอื่น ๆ นอกเหนือจากแกรฟีนมาจัดเรียงในรูปแบบเหมือนกันเพื่อให้คุณสมบัติที่คล้าย ๆ กับการใช้แกรฟีน

MIT-graphene-structure-test

มีความพยายามทำการทดลองในก่อนหน้านี้แต่ไม่ประสบความสำเร็จ แต่ทีมงานของ MIT ได้พยายามแก้ปัญหาโดยการวิเคาะห์เจอะลึกไปจนถึงระดับอะตอมในโครงสร้างของวัสดุ และพวกเขาสามารถสร้างสูตรคณิตศาสตร์เพื่อแสดงถึงคุณลักษณะของวัสดุใหม่นี้ได้ใกล้เคียงอย่างมากกับการทดลองจริง

ขบวนการทำของนักวิทยาศาสตร์จาก MIT กระทำโดยการอัดผงสะเก็ดของแกรฟีนด้วยความร้อนและแรงดัน ขบวนการนี้ทำให้มีโครงสร้างของวัสดุมีลักษณะคล้ายกับปะการังซึ่งเป็นโครงสร้างที่ให้ความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ โครงสร้างนี้เรียกว่า ไกรอยด์ (gyroids) ในโครงสร้างรูปแบบนี้จะทำให้วัสดุมีพื้นที่ต่อปริมาณมากเป็นพิเศษซึ่งทำให้มันแข็งแกร่ง นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างที่แข็งแกร่งที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

เพื่อการทดสอบรูปแบบของโครงสร้างนี้ว่าเป็นโครงสร้างที่ให้ความแข็งแกร่งที่สุดนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแบบจำลองของโครงสร้างโดยใช้เครื่องพิมพ์สามมิติโดยขยายโครงสร้างให้ใหญ่ขึ้นมาเป็นพัน ๆ เท่าจากโครงสร้างของวัสดุจริง และผลที่ได้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างในรูปแบบนี้เป็นโครงสร้างที่แข็งแกร่งจริง ๆ การทดสอบโครงสร้างจำลองนี้ก็เพื่อว่าเป็นการยืนยันสูตรคำนวณทางคณิตศาสตร์ว่าถูกต้องและสามารถใช้ในการประมาณการความแข็งแกร่งของโครงสร้างจริง

 

 


ภาพและที่มา MIT 
error: กด RightClick แทน