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Carbono nanostructure é mais forte do que diamantes

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20 de abril 2020

Carbono nanostructure é mais forte do que diamantes

Os pesquisadores projetaram placa-nanolattices – nm-escala de carbono estruturas que são mais fortes do que diamantes, como uma relação de força para a densidade.

Os cientistas – da Universidade da Califórnia, Irvine (UCI) e outras instituições com êxito concebido e fabricado com o material, e o relatório de seus resultados na revista A Natureza Das Comunicações. A nova estrutura consiste intimamente ligados, de células fechadas, placas, em vez de fardos cilíndricos comum em outras nanoestruturas das últimas décadas.

“Anterior feixe baseado em projetos, embora de grande interesse, não tinha sido tão eficiente em termos de propriedades mecânicas,” disse o autor correspondente Jens Bauer, um UCI pesquisador em mecânica e engenharia aeroespacial. “Esta nova classe de placa-nanolattices que nós criamos é dramaticamente mais forte e mais duro do que o melhor de feixe nanolattices.”

De acordo com o jornal, a equipe de design tem sido mostrado para melhorar o desempenho médio do feixe cilíndrico-arquiteturas baseadas por 639% na força e de 522% na rigidez. Os resultados foram verificados usando um microscópio eletrônico de varredura e outras tecnologias fornecidas pela Irvine Materiais Instituto de Pesquisa.

Crédito: Cameron Bandido e Jens Bauer / UCI

“Os cientistas previram que nanolattices dispostos em uma placa baseada no projeto iria ser incrivelmente forte”, explica o autor principal do Cameron Bandido, um UCI estudante de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais. “Mas a dificuldade em estruturas de fabricação dessa forma significava que a teoria nunca foi comprovada, até que fomos bem-sucedidos em fazê-lo.”

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A equipe do avanço depende de um complexo 3D processo de impressão a laser, chamado de dois-fótons litografia direta do laser de escrita. Como uma ultravioleta-luz-sensível resina é adicionado camada por camada, o material torna-se um polímero sólido, em pontos onde dois fótons atender. A técnica pode processar a repetição de células que se tornam placas com rostos tão fino como o de 160 nanômetros (nm).

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Uma das inovações foi a inclusão de pequenos orifícios nas placas que poderia ser utilizado para remover o excesso de resina do material acabado. Como passo final, o reticulados ir através de pirólise, em que eles são aquecidos a 900 graus Celsius no vácuo por uma hora. De acordo com Bauer, o resultado final é um cubo em forma de gelosia de carbono vítreo, com a maior força que os cientistas jamais imaginou ser possível para um material poroso.

“Como você tirar qualquer peça de material e diminuir drasticamente o seu tamanho até 100 nanómetros, aproxima-se um teórico de cristal, sem poros ou rachaduras. Reduzir estas falhas aumenta o sistema geral de força”, explica Bauer.

“Ninguém jamais fez estas estruturas independentes de escala antes”, acrescenta o Professor Lorenzo Valdevit, que dirige o UCI do Instituto de Design e Fabricação de Inovação. “Fomos o primeiro grupo para validar experimentalmente que eles podem executar assim como o previsto, ao mesmo tempo demonstrando um arquitetado material sem precedentes de força mecânica.”

Nanolattices segure a grande promessa para engenheiros estruturais, particularmente na indústria aeroespacial, onde a combinação de alta resistência e baixa densidade de massa poderia melhorar bastante aeronaves e de veículos espaciais de desempenho.

Optimizado de dois fotões de polimerização direta do laser de escrita (TPP-DLW) impressão de estratégias e a escala nanométrica face-buracos facilitar leal, praticamente de célula fechada placa-nanolattices. As deformações que ocorrem no menor em relação densidades (ρ) localizam-se as superfícies das estruturas. Crédito: Bandido, C., Bauer, J., Guell Izard, A. et al.

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