Tim peneliti menekuk struktur nano tetrapod individu

Anonim

Sejak sebuah kelompok penelitian di Kiel University (CAU) dan Universitas Teknologi Hamburg (TUHH) di Hamburg-Harburg telah mengembangkan aerographite - salah satu bahan yang paling ringan di dunia - di tahun 2012 -, mereka terus meneliti tentang itu. Arsitektur tetrapodalnya yang kompleks memberikan sifat 3-D berbasis karbon yang sangat unik, seperti elastisitas dan konduktivitas listrik yang sangat tinggi. Sekarang, untuk pertama kalinya, sebagai bagian dari tim peneliti internasional, ilmuwan bahan dari CAU mampu melipat tetrapoda berongga individu, masing-masing hanya berukuran beberapa mikrometer. Setelah ditekuk, tetrapoda secara otomatis mempertahankan bentuk aslinya, tanpa mengalami kerusakan apa pun. Ini membuat aplikasi-aplikasi canggih dapat dibayangkan, baik dalam ilmu material maupun di bidang kedokteran regeneratif. Tim peneliti mempublikasikan hasil mereka di Nature Communications .

Mengenai materi baru, para ilmuwan terutama tertarik pada satu hal: Sifat apa yang mereka miliki, dan bagaimana mereka berperilaku dalam kondisi yang berbeda? Ini juga menentukan kemungkinan penggunaan bahan yang baru. "Untuk memprediksi perilaku mekanis secara keseluruhan dari bahan jaringan, kita harus menyelidiki struktur blok bangunan individu dengan yang dibangun, " jelas Dr Yogendra Mishra, ilmuwan bahan dalam kelompok kerja "Nanomaterial Fungsional" di CAU. Aerographite dibangun dari tetrapoda, struktur nano 3-D berbasis karbon yang terdiri dari empat lengan berongga. Ketika digabungkan bersama, mereka membentuk jaringan yang sangat ringan, dan membawa berat aerographite ke hanya 0, 2 miligram per sentimeter kubik. '' Karena struktur yang unik ini, materialnya menunjukkan kekuatan mekanik yang tinggi serta permukaan yang sangat tinggi, dari mana fitur fisik dan kimia yang menarik berasal, '' kata Daria Smazna, seorang mahasiswa doktoral dalam proyek tersebut.

Tim peneliti internasional yang dipimpin dari Kiel kini telah berhasil menunjukkan bahwa aerographite sangat bisa dilipat. "Secara umum, bahan curah seperti karbon atau logam tidak dapat dilipat, tetapi karena struktur khususnya jaringan karbon kami sangat fleksibel dan stabil secara mekanis juga, " jelas Profesor Rainer Adelung, kepala Nanomaterial Fungsional Kursi. Anda bisa membayangkannya seperti selembar kertas. "Selembar kertas datar tidak memberikan perlawanan, jika Anda memegangnya di satu sisi, itu hanya menggantung. Namun, jika kita menggulungnya atau hancur, itu mencapai tingkat stabilitas tertentu, " lanjut ilmuwan bahan. Oleh karena itu tergantung pada susunan geometris di dalam material. Bentuk khusus tetrapoda membuat para peneliti menduga bahwa mereka dapat dilipat - terlepas dari ringannya aerographite. Ini karena masing-masing lengan memiliki dinding yang sangat tipis dan berongga di dalamnya. "Ini memungkinkan mereka untuk membungkuk di banyak tempat yang berbeda, bahkan secara reversibel. Mereka secara otomatis kembali ke bentuk aslinya, tanpa mengalami kerusakan apapun, " jelas Mishra. "Sama seperti akordeon, objek tiga dimensi dapat dilipat menjadi bentuk dua dimensi, dan kemudian dilipat lagi."

Para peneliti Kiel membayangkan bagaimana aerografi berperilaku ketika dilipat - setidaknya menurut kecurigaan mereka. Untuk mengkarakterisasi materi dan membuktikan bahwa ide mereka benar, mereka juga harus membengkokkan objek berukuran mikrometer dalam praktek. Untuk melakukannya, mereka membutuhkan mikroskop elektron scanning khusus, yang mereka temukan di Riga (Estonia). Di sini, tim Kiel sudah bekerja dengan sesama ilmuwan pada proyek yang berbeda. Dengan jarum berukuran nano, rekan-rekan di sana mampu memahami dan menekuk tetrapoda aerographite. Ilmuwan material Dr. Stefano Signetti dan Prof. Pugno, penulis utama makalah ini, dari Universitas Trento Italia, memberikan pemahaman dan generalisasi mekanis akhir, mengembangkan kedua model analitik dan numerik, dan dengan demikian juga bukti bahwa asumsi para kolega Kiel benar. '' Perhitungan pemodelan teoritis dan numerik kami memberikan pemahaman umum untuk desain bahan aerographite dan dalam perjanjian yang sangat baik dengan asumsi para peneliti Kiel serta pengamatan eksperimental dari mesin Riga '' tambah Nicola Pugno, Profesor Solid dan Struktural Mekanika.

"Metode perhitungan yang telah dikembangkan dan diverifikasi karena kerjasama internasional ini, dapat diterapkan untuk tetrapoda dalam berbagai ukuran. Ini memberikan dasar yang berharga untuk menyelidiki properti dari seluruh jaringan tetrapoda dan aerographite lebih jauh, " kata Mishra. Dalam jangka panjang, memahami bagaimana jaringan tetrapoda berongga dapat dilipat namun, kami suka tanpa rusak, dapat membantu mengoptimalkan produksi padatan yang sangat berpori seperti aerogel dan busa, atau memungkinkan penggunaannya dalam regenerasi jaringan (disebut perancah dalam rekayasa medis).

menu
menu