Struktur tabung-dalam-tabung menjadi kuat – Technology OrgTechnology Org – Majalah Time.com

Mirip dengan batang rumput, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL) ilmuwan telah menciptakan tabung-dalam-tabung yang terhubung dengan nanostrut yang memungkinkan bahan struktural berdensitas rendah yang lebih kuat.

Material berpori dengan desain kisi yang didominasi peregangan yang direkayasa, yang menawarkan sifat mekanik yang menarik dengan bobot yang sangat ringan dan luas permukaan yang besar untuk aplikasi yang luas, baru-baru ini mencapai penskalaan linier yang hampir ideal antara kekakuan dan kepadatan.

Dalam penelitian baru, tim mengembangkan proses untuk mengubah balok polimer cetak 3D yang sepenuhnya padat menjadi struktur sandwich tabung-dalam-tabung berongga karbon grafit, di mana, mirip dengan batang rumput, tabung dalam dan luar dihubungkan melalui jaringan penyangga. Penelitian ini ada di sampul edisi 25 Oktober dari Bahan Alam.

Tes kompresi dan pemodelan komputasi menunjukkan bahwa perubahan morfologi balok ini secara dramatis memperlambat penurunan kekakuan dengan penurunan kepadatan. Eksperimen kompresi lebih lanjut menunjukkan pemulihan deformasi besar setelah kompresi 30 persen hingga 50 persen, yang mengarah ke sifat disipasi energi gravimetri yang tinggi.

Bahan berdensitas ultra rendah berpori memiliki banyak aplikasi baru, seperti peredam kejut mekanis, insulasi termal dan akustik, baterai fleksibel dan perancah katalis, perangkat MEMS dan sebagai bahan target untuk eksperimen fisika densitas energi tinggi.

“Beberapa dari aplikasi ini akan mendapat manfaat dari pengurangan kepadatan bahan karbon tidak aktif sambil tetap memberikan luas permukaan spesifik yang tinggi dikombinasikan dengan kekakuan tinggi dan sifat pemulihan bentuk,” kata ilmuwan material LLNL Jianchao Ye, penulis utama makalah ini. “Pikirkan tentang baterai atau katalis: struktur tabung-dalam-tabung yang unik menggabungkan sifat mekanik yang sangat baik dengan kepadatan rendah, dan menyediakan area permukaan yang besar untuk penyimpanan energi atau katalis dengan jalur transportasi massal yang lancar.”

Desain panel sandwich serupa dengan penyangga penahan beban terintegrasi juga ditemukan di alam, di mana bobot yang ringan dan sifat mekanik yang baik adalah penting. Contohnya termasuk tengkorak berbagai spesies, batang tumbuhan dan tulang burung. Sementara struktur karbon strutted tube-in-tube (STinT) baru menyerupai arsitektur tengkorak hewan dan batang tumbuhan, karakteristik skala panjangnya lebih kecil.

Untuk mengatasi tantangan penurunan sifat mekanik yang cepat dengan penurunan kepadatan, tim mengembangkan desain STinT yang kaku. Secara khusus, mereka membuat mikrolattic berbasis karbon dengan morfologi berkas STinT terintegrasi melalui dua langkah proses pirolisis templating katalis nikel. Proses fabrikasi ini mempertahankan struktur dan dimensi template polimer pengorbanan yang dicetak untuk menghasilkan kisi karbon yang sangat kaku dengan kepadatan serendah 6,4 mg/cm³.

“Kami mengaitkan kekakuan kisi karbon densitas rendah kami dengan desain balok tabung-dalam-tabung strutted skala nano terintegrasi yang memungkinkan blok bangunan kisi yang ringan namun kaku, sebuah konsep desain yang dapat diterapkan secara ortogonal pada upaya optimasi topologi kisi saat ini,” kata Ilmuwan material LLNL Juergen Biener, salah satu penulis makalah ini.

Ilmuwan LLNL lainnya termasuk James Oakdale, Thomas Voisin, John Roehling, Maira Cerón, Leonardus Bimo Bayu Aji, Monika Biener dan Morris Wang. Pekerjaan itu dilakukan bekerja sama dengan para peneliti dari University of Groningen, Belanda, Bruker Corporation dan University of California, Los Angeles. Pekerjaan ini didanai oleh program Penelitian dan Pengembangan yang Disutradarai Laboratorium LLNL.

Sumber: LLNL