اخبار

دانشمندان نوع جدیدی از مواد تولید شده با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی را که از ترکیب پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن با نانولوله‌های کربن ساخته می‌شود، معرفی کردند که سخت‌تر و سبک‌تر از اشکال مشابه آلومینیومی هستند.

اختصاصی ویکی‌شیمی: این متامتریال‌های صفحه‌ای مشبک کامپوزیتی نانولوله‌های کربنی-پلاستیکی (plastic-carbon nanotube composite plate-lattice metamaterials) متعلق به دسته‌ای از جامدات سلولی مصنوعی هستند که برای ارائه ویژگی‌هایی که در جهان طبیعی وجود ندارد، طراحی و مهندسی شده‌اند.

در مقاله جدید منتشر شده در مجله Materials & Design، تیم مهندسان دانشگاه گلاسگو توضیح دادند که چگونه یک متامتریال سلولی صفحه‌ای مشبک جدید ساخته‌اند که در برابر ضربه مقاوم است. این ماده می‌تواند منجر به تولید ساختارهای ایمن‌تر، سبک‌تر و بادوام‌تر برای استفاده در صنایع هوافضا، خودرو، تجدیدپذیرها و صنایع دریایی شود.

متامتریال صفحه‌ای مشبک به ساختارهای مکعبی ساخته شده از لایه‌های متقاطع صفحات گفته می‌شود که با وجود فضای قابل توجه بین صفحات، سختی و استحکام فوق‌العاده بالایی از خود نشان می‌دهند. این فضاها، که مهندسین آن را تخلخل می‌نامند، باعث می‌شوند که صفحه‌های مشبک بی‌اندازه سبک باشند.

دانشمندان در این تحقیق بررسی کرده‌اند که آیا طراحی این صفحات مشبک با استفاده از کامپوزیت نانولوله-پلاستیک می‌تواند یک متامتریال جدید با خواصی حتی بهتر از مواد موجود ایجاد کند.

کامپوزیت مورداستفاده مخلوطی از پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن معمولی با نانولوله‌های کربنی چند جداره است. محققان از نانوکامپوزیت رشته‌ای به عنوان ماده اولیه چاپگر سه‌بعدی استفاده کردند، که رشته‌ها را با هم ادغام می‌کند و مجموعه‌ای از طرح‌های صفحه مشبک را می‌سازد. سپس این طرح‌ها تحت یک سری آزمایشات ضربه‌ای برای تعیین مقاومتشان در برابر شوک فیزیکی قرار گرفتند.

تیم ابتدا سه نوع صفحه مشبک معمولی - یک مکعب ساده ساخته شده از تقاطع سه صفحه، یک مکعب پیچیده‌تر با صفحات متقاطع اضافی و یک طرح چند وجهی - را که طراحی کرده و ساخته بودند، آزمایش کرد. این صفحه‌های مشبک معمولی در دو دسته پلی‌پروپیلنی و پلی‌اتیلنی ساخته شدند.

سپس، سه نوع صفحه مشبک هیبریدی که ویژگی‌های طرح‌های ساده آزمایشات اول را باهم ترکیب می‌کنند، مجدداً در دسته‌های پلی‌پروپیلنی و پلی‌اتیلنی، ساخته و آزمایش شدند.

طرح هیبریدی پلی‌پروپیلنی که هر سه طرح صفحه مشبک را با هم ترکیب می‌کند، بیشترین مقاومت در برابر ضربه را از خود نشان داد.

با استفاده از کمیت جذب انرژی ویژه، كه دانشمندان برای تعیین توانایی مواد در جذب انرژی نسبت به جرم استفاده می‌كنند، تیم تحقیق دریافت كه صفحه مشبک هیبریدی پلی‌پروپیلن می‌تواند 19.9 ژول در گرم را تحمل كند، كه عملکردی برتر در مقایسه با میكرو متامتریال‌های آلومینیومی محسوب می‌شود.

پیشرفت در چاپ سه‌بعدی باعث شده تا طراحی اشکال هندسی پیچیده با تخلخل دلخواه، آسان‌تر و ارزان‌تر از قبل امکان‌پذیر باشد و ساخت این نوع طرح‌ها در مقیاس صنعتی در حال تبدیل شدن به یک واقعیت است.