Массачусетс технологиялық институтының (MIT) зерттеушілері көміртектің екі өлшемді формасы - графен үлпектерін қысу және балқыту арқылы белгілі ең күшті және жеңіл материалдардың бірін шығарды. Оның есептелген тығыздығы оның беріктігінің он есе өсуімен болат тығыздығының тек 5% құрады. Тиісті жұмыс Science Advances журналында жарияланған.
Графен өзінің бастапқы түрінде барлық белгілі материалдардың ішіндегі ең мықтысы болып саналады және оның теориялық зерттеулері өткен ғасырдың қырқыншы жылдарының соңында басталды. Бұл Андрей Гейм мен Константин Новоселовтың 2004 жылы тотыққан кремний субстратындағы ең жіңішке графит қабықшаларынан алған әлемдегі алғашқы екі өлшемді кристалы. Осы жетістігі үшін оларға алты жылдан кейін физика бойынша Нобель сыйлығы берілді.
Графен пайда болған кезден бастап оны өнеркәсіптік масштабта өндіру әдістері жасалды. Бұған біраз жетістіктерге қол жеткізілді, дегенмен оны тиімді үш өлшемді түрге ауыстыру әлі мүмкін болмады - бұл ерекше материалдың маңызды қасиеттері жоғалып кетті, ал оның күші болжамдан бірнеше рет төмен болды.
Бұл мәселені шешу үшін MIT инженерлері негізгі графеннің қажетті геометриялық конфигурациясына назар аударды. Олар оның әрекетін атом деңгейіне дейін талдады, содан кейін алынған деректерді математикалық модель және компьютерлік модельдеу үшін пайдаланды. Соңғы тұжырымдар эксперименттік бақылаулармен дәл сәйкес болды, олар бастапқыда басқа материалдардан мың есе үлкейтілген, жоғары ажыратымдылықты 3D принтерде басылған модельдермен жүргізілді.
MIT-тің азаматтық және қоршаған ортаны қорғау инженері Маркус Бюлердің айтуынша, 2D материалдары, әдетте, ғимараттарды салуда қолдануға болатын 3D нысандарын жасау үшін өте пайдалы емес. Бірақ компьютерлік модельдеу бұл мәселені жеңуге мүмкіндік берді, ал геометрия сәттіліктің шешуші факторы болды.
Нәтижесінде, зерттеушілер ұсақ графен үлпектерін қысу және қыздыру арқылы берік және тұрақты кеуекті материал жасай алды. Оның құрылымы кейбір маржандар мен микроскопиялық диатомдарды еске түсіреді, көлемге қатысты үлкен беткейге ие. Ол гироид - 1970 жылы НАСА-дан Алан Шон сипаттаған үш рет периодты минималды бетімен үздіксіз қайталанатын пішін ретінде белгілі.
«Нәтижелер көрсеткендей, үш өлшемді фигуралардың шешуші аспектісі материалдың өзінен гөрі олардың ерекше геометриялық конфигурацияларымен байланысты», - деп атап өтті MIT.
Институт инженерлерінің айтуы бойынша, мұндай геометрияны тіпті бетон сияқты құрылыстағы ауқымды құрылымдық материалдарға да қолдануға болады. Бұл кеуекті құрылым күшейтілген беріктігін ғана емес, оның ішіндегі ауаның арқасында жақсы жылу оқшаулауын да қамтамасыз етеді.
«Сіз материал ретінде нақты графенді қолдана аласыз немесе біз ашқан геометрияны басқа материалдармен, мысалы, полимерлермен немесе металдармен бірге қолдана аласыз», - деп қорытындылады Маркус Бюлер.
