10 keer sterker dan staal. Maar wel veel lichter. Dat is een nieuw 3D geprint materiaal dat de structuur van een spons heeft, gebaseerd op grafeenvlokken. Het is ontwikkeld door onderzoekers van het MIT in Boston. In plaats van grafeen kun je ook andere materialen gebruiken, zoals polymeren. De bijzondere 3D geprinte vorm blijkt namelijk de bepalende factor te zijn voor de sterkte. Door deze vorm in een ander materiaal te 3D printen, kun je heel nieuwe lichtgewicht materialen maken. 

 

MIT team ontwikkelt nieuwe, zeer sterke materiaalstructuur

 

Grafeen is een 2D vorm van carbon. In de 2 dimensionele vorm is het een van de sterkste materialen die bekend zijn. Het omzetten van deze sterkte in een 3D vorm bleek tot nog toe lastig. De MIT onderzoekers hebben ontdekt waardoor dit komt. Het heeft meer te maken met de ongebruikelijke geometrische configuratie van grafeen dan met het materiaal zelf. Toen ze dat wisten, hebben ze een mathematisch model ontwikkeld om verschillende geometrieën te testen. Hun mathematisch model komt heel dicht in de buurt van de werkelijkheid.

 

3D geprinte geometrie

Het onderzoeksteam aan het MIT is er volgens een artikel in Science Advances in geslaagd om kleine vlokken grafeen samen te persen, gebruik makend van warmte en druk. Dit vormt een stabiele structuur, die iets weg heeft van een koraalrif. Deze 3D structuren hebben in verhouding tot hun volume een enorm groot oppervlak. Daar wordt de mechanische sterkte aan ontleend. De onderzoekers zijn met standaard kunststoffen deze vorm gaan 3D printen en opnieuw gaan testen. Wat blijkt, met een dichtheid van slechts 5% vergeleken met staal maken ze een materiaal dat 10 keer sterker is dan staal. Superlichtgewicht dus in combinatie met super sterk. De samples zijn getest op zowel trek- als druksterkte. Die resultaten komen overeen met de verwachte eigenschappen op basis van een simulatie. Het grote voordeel van de vorm is dat deze lange tijd de energie opneemt en uiteindelijk in een fractie van een seconde onder die krachten bezwijkt en als het ware explodeert. De andere structuren breken heel geleidelijk naarmate ze meer belast worden.

 

Toepassingen in lichtgewicht constructies

Concrete toepassingen zijn er nog niet. De MIT onderzoekers denken wel dat die er zullen zijn. Het gaat dan vooral om de combinatie van lichtgewicht en sterkte.  Door de specifieke structuur te kiezen, kun je andere materialen sterker maken. Een groot aantal materialen die je met vergelijkbare geometrische features print, kun je hiermee lichter en sterker maken. De mechanische eigenschappen worden dus aangepast enkel en alleen door de structuur te wijzigen.