Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkai pagamino vieną stipriausių ir lengviausių medžiagų, žinomų suspaudžiant ir sulydžius grafeno dribsnius, dvimatę anglies formą. Apskaičiuotas jo tankis buvo tik 5% plieno tankio, o jo stipris padidėjo dešimteriopai. Atitinkamas darbas buvo paskelbtas žurnale „Science Advances“.
Pirmuoju pavidalu grafenas laikomas stipriausia iš visų žinomų medžiagų, jo teorinės studijos prasidėjo praėjusio amžiaus keturiasdešimtmečio pabaigoje. Tai pirmasis pasaulyje dvimatis kristalas, kurį 2004 m. Andrejus Geimas ir Konstantinas Novoselovas gavo iš ploniausių grafito plėvelių ant oksiduoto silicio pagrindo. Už šį pasiekimą po šešerių metų jiems buvo suteikta Nobelio fizikos premija.
Nuo grafeno atsiradimo buvo sukurti jo gamybos metodai pramoniniu mastu. Tam tikra pažanga jau pasiekta, tačiau dar nepavyko jos sėkmingai paversti efektyvia trimačia forma - svarbios šios išskirtinės medžiagos savybės buvo prarastos, o jos stiprumas buvo keliais dydžiais mažesnis, nei prognozuota.
Norėdami išspręsti šią problemą, MIT inžinieriai daugiausia dėmesio skyrė reikalingai geometrinei biraus grafeno konfigūracijai. Jie išanalizavo jo elgesį iki atomo lygio, o po to gautus duomenis panaudojo kurdami matematinį modelį ir kompiuterinį modeliavimą. Galutinės išvados tiksliai atitiko eksperimentinius stebėjimus, kurie iš pradžių buvo atlikti su tūkstantį kartų padidintais modeliais iš kitų medžiagų, atspausdintų didelės raiškos 3D spausdintuvu.
Pasak MIT civilinės ir aplinkos inžinerijos vadovo Markuso Buehlerio, 2D medžiagos dažniausiai nėra labai naudingos kuriant 3D objektus, kuriuos galima naudoti statant pastatus. Tačiau kompiuterinis modeliavimas leido įveikti šią problemą, o geometrija tapo lemiamu sėkmės veiksniu.
Dėl to mokslininkams pavyko sukurti stiprią ir stabilią poringą medžiagą, suspaudžiant ir kaitinant mažus grafeno dribsnius. Jo struktūra, primenanti kai kuriuos koralus ir mikroskopinius diatomus, turi didžiulį paviršiaus plotą tūrio atžvilgiu. Jis žinomas kaip girroidas - ištisinė besikartojanti forma su trigubu periodiniu minimaliu paviršiumi, aprašytą Alano Schoeno iš NASA 1970 m.
„Rezultatai rodo, kad esminis naujųjų trimačių formų aspektas yra labiau susijęs su jų neįprasta geometrine konfigūracija nei su pačia medžiaga“, - pažymėjo MIT.
Pasak instituto inžinierių, tokią geometriją statybose galima pritaikyti net didelio masto konstrukcinėms medžiagoms, pavyzdžiui, betonui. O ši akyta struktūra ne tik padidins stiprumą, bet ir užtikrins gerą šilumos izoliaciją dėl jos viduje esančio oro.
„Galite naudoti tikrą grafeną kaip medžiagą arba pritaikyti mūsų atrastą geometriją kartu su kitomis medžiagomis, tokiomis kaip polimerai ar metalai“, - užbaigė Markusas Buehleris.
