Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) araştırmacılar sıkıştırdıkları grafen katmanlarını, sıradışı üç boyutlu bir yapı oluşturacak şekilde birleştirerek dünyanın en hafif ve en güçlü malzemesini elde etti.

Grafen bilinen en güçlü malzeme. Ancak tek atom kalınlığındaki bu iki boyutlu malzemeden üç boyutlu güçlü bir yapı oluşturmak hayli zor.

Malzemelerin sahip olduğu üç boyutlu yapı mekanik özelliklerini belirgin şekilde etkiliyor. Örneğin bir kâğıt yaprağını kolayca katlayabilir ya da buruşturabiliriz. Aynı kâğıdı rulo haline getirdiğimizi düşünelim. Dikey olarak üst kısmından bastırdığımızda kolayca deforme olmadığını fark ederiz. Yani malzemenin kendisi aynı kalsa bile, geometrik yapısı değiştirilerek farklı özelliklere sahip olması sağlanabilir.

Sonuçları Science Advance dergisinde yayımlanan araştırmada bilim insanları öncelikle malzemenin dayanıklılığını kuramsal olarak tahmin edebilmek için, üç boyutlu yapı içindeki her atomun davranışını analiz eden matematiksel bir model geliştirdi. Böylece iki boyutlu malzemelerin üç boyutlu şekillerinin özellikleri hakkında öngörüde bulunmaları mümkün oldu. Geliştirilen modellemeye göre üç boyutlu yazıcılar kullanılarak üretilen malzemelerin mekanik özellikleri incelendiğinde, kuramsal ve deneysel sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu belirlendi.

MIT araştırmacıları üç boyutlu karmaşık bir yapı olan giroid şeklinde üretilen grafenin, yoğunluğu demirinkinin %4,6’sı kadar olmasına rağmen, demirden 10 kat daha güçlü olduğunu belirledi. İçinde boşluklar olan hayli karmaşık bir geometriye sahip bu yapıyı geleneksel yöntemlerle üretmek ise çok zor.

Melanie Gonick/MIT

Araştırmacılar bunu üç boyutlu yazıcı teknolojisini kullanarak başardı.

Araştırmacılar geliştirdikleri yöntemin farklı malzemelere ve daha büyük ölçeklerde uygulanabileceğini düşünüyor. Böylece daha hafif ama güçlü yapılar örneğin köprüler inşa etmek mümkün olabilir.

İlginç olan soru ise şu: Bu gelişmeler havadan daha hafif katı malzemelerin geliştirilmesine öncülük edebilir mi?