Μεταϋλικό από γραφένιο εκατοντάδες φορές ισχυρότερο από καθαρά μέταλλα

0
202

Ερευνητές του Ινστιτούτου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέας (Korea Advanced Institute of Science and Technology-KAIST) ανέπτυξαν ένα νέο μεταϋλικό εκατοντάδες φορές ισχυρότερο από τα μέταλλα καθαρής μοριακής δομής.

Οι επιστήμονες εκμεταλλεύτηκαν τις δυνατότητες του γραφενίου δημιουργώντας μια πολυστρωματική δομή με διαδοχικές επιστρώσεις γραφενίου και μετάλλου: αυτό το σύνθετο νανοϋλικό συνίσταται από εισδοχή γραφενίου σε δομές χαλκού ή νικελίου.

Πρόκειται για το πρώτο πολυστρωματικό, σύνθετο υλικό του είδους του. Η έρευνα για την κατασκευή του δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Nature Communications τον περασμένο Ιούλιο.

Για την κατασκευή της καινοτόμου δομής, οι επιστήμονες εφάρμοσαν μια διαδικασία που ονομάζεται Χημική Απόθεση από Ατμό (Chemical Vapor Deposition – CVD), η οποία χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή στερεών λεπτών υμενίων σε ειδικά σχεδιασμένους αντιδραστήρες.

Στην εν λόγω περίπτωση οι ερευνητές κατάφεραν να αναπτύξουν ένα μοναδικό στρώμα γραφενίου πάνω σε ένα μεταλλικό υπόστρωμα.

Στη συνέχεια τοποθετήθηκε ακόμα ένα στρώμα μετάλλου πάνω από το γραφένιο και η διαδικασία συνεχίστηκε με την τοποθέτηση επιπρόσθετων διαδοχικών στρωμάτων για να κατασκευαστεί το υλικό.

Η μέτρηση της ισχύος του νέου υλικού έγινε με τη διενέργεια μιας σειράς δοκιμών μικροσυμπίεσης μέσω ενός Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Διέλευσης (Transmission Electronic Microscope) και Προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής (Molecular Dynamics Simulation).

Τα αποτελέσματα απέδειξαν ότι η ικανότητα του νέου υλικού να αποτρέπει την εξάπλωση “εξαρθρώσεων” και “ρωγμών” από εξωτερικές κρούσεις στο εσωτερικό της δομής ήταν πολύ μεγαλύτερη από εκείνη των συμβατικών, εξολοκλήρου μεταλλικών πολυστρωματικών υλικών.

Διαπιστώθηκε ότι το υλικό σε πάχος 70 νανομέτρων ήταν 500 φορές ισχυρότερο από τον καθαρό χαλκό, ενώ στα 100 νανομέτρα ήταν 180 φορές ισχυρότερο από το καθαρό νικέλιο.

Επίσης οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια γραμμική σχέση ανάμεσα στις ενδοπλεγματικές αποστάσεις και την αντοχή του υλικού, ενώ μικρότερες ενδοπλεγματικές αποστάσεις κατέστησαν δυσκολότερες τις “εξαρθρώσεις” και κατέληξαν σε ισχυρότερα υλικά.

Ο επικεφαλής της έρευνας του KAIST, Σουνγκ Μιν Χαν χαρακτήρισε ως “εκπληκτικά” τα αποτελέσματα καθώς βάρος 0,00004% γραφενίου αύξησε την ισχύ των υλικών κατά εκατοντάδες φορές”.

Όσον αφορά στις εφαρμογές αυτές εκτείνονται από τη διαδικασία παραγωγής roll-to-roll ή τη σύντηξη μετάλλων έως την αυτοκινητοβιομηχανία, την αεροδιαστημική, αλλά και την κατασκευή προστατευτικών μανδύων για πυρηνικούς αντιδραστήρες.

econews

Σχόλια