Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (MIT) հետազոտողները արտադրել են ամենաուժեղ և ամենաթեթև նյութերից մեկը, որը հայտնի է գրաֆենի փաթիլների ՝ երկչափ ածխածնի ձևի սեղմմամբ և միաձուլմամբ: Դրա հաշվարկված խտությունը կազմում էր պողպատի խտության միայն 5% -ը `իր ուժի տասնապատիկ աճով: Համապատասխան աշխատանքը հրապարակվել է Science Advances ամսագրում:
Իր սկզբնական տեսքով գրաֆենը համարվում է ամենաուժեղը բոլոր հայտնի նյութերից, իսկ դրա տեսական ուսումնասիրությունները սկսվել են անցյալ դարի քառասունականների վերջին: Սա աշխարհում առաջին երկչափ բյուրեղն է, որը 2004 թ.-ին ձեռք են բերել Անդրեյ Գեյմը և Կոնստանտին Նովոսելովը `օքսիդացված սիլիցիումի հիմքի գրաֆիտային բարակ ֆիլմերից: Այս նվաճման համար վեց տարի անց նրանք արժանացան ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի:
Գրաֆենի ստեղծումից ի վեր մշակվել են արդյունաբերական մասշտաբով դրա արտադրության մեթոդներ: Դրանում արդեն որոշակի առաջընթաց է գրանցվել, սակայն այն դեռ հաջող չի եղել վերածել արդյունավետ եռաչափ ձևի. Այս բացառիկ նյութի կարևոր հատկությունները կորել են, և դրա ուժը կանխատեսվածից ցածր է մի քանի կարգի չափով:
Այս խնդիրը լուծելու համար MIT- ի ինժեներները կենտրոնացան զանգվածային գրաֆենի անհրաժեշտ երկրաչափական կազմաձևի վրա: Նրանք վերլուծեցին դրա վարքը մինչև ատոմային մակարդակ, իսկ հետո ստացված տվյալներն օգտագործեցին մաթեմատիկական մոդելի և համակարգչային մոդելավորման ստեղծման համար: Վերջնական եզրակացությունները ճշգրտորեն համահունչ էին փորձարարական դիտարկումներին, որոնք ի սկզբանե իրականացվում էին բարձր լուծաչափով 3D տպիչի վրա տպված այլ նյութերից հազար անգամ խոշորացված մոդելների հետ:
Ըստ MIT- ի քաղաքացիական և բնապահպանական ճարտարագիտության ղեկավար Մարկուս Բուելերի, 2D նյութերը սովորաբար այնքան էլ օգտակար չեն 3D օբյեկտների ստեղծման համար, որոնք կարող են օգտագործվել շենքերի կառուցման մեջ: Բայց համակարգչային մոդելավորումը հնարավորություն տվեց հաղթահարել այս խնդիրը, և երկրաչափությունը դարձավ հաջողության որոշիչ գործոնը:
Արդյունքում, հետազոտողները կարողացան ստեղծել ամուր և կայուն ծակոտկեն նյութ `սեղմելով և տաքացնելով փոքր գրաֆենի փաթիլներ: Դրա կառուցվածքը, որը հիշեցնում է որոշ մարջաններ և մանրադիտակային դիաթոմներ, ծավալի համեմատությամբ ունի հսկայական մակերես: Այն հայտնի է որպես ժիրոիդ `եռակի պարբերական նվազագույն մակերեսով շարունակական կրկնվող ձև, որը նկարագրել է Ալան Շոենը ՆԱՍԱ-ից 1970 թ.
«Արդյունքները ցույց են տալիս, որ նոր եռաչափ ձևերի կարևոր կողմն ավելի շատ կապված է դրանց անսովոր երկրաչափական կազմաձևի հետ, քան հենց նյութի», - նշել է MIT- ում:
Ըստ ինստիտուտի ինժեներների, այդպիսի երկրաչափությունը կարող է կիրառվել նույնիսկ շինարարության մեջ մասշտաբային կառուցվածքային նյութերի վրա, ինչպիսիք են բետոնը: Եվ այս ծակոտկեն կառուցվածքը ոչ միայն կապահովի ուժեղացված ուժ, այլև լավ ջերմամեկուսացում ՝ դրա ներսում եղած օդի շնորհիվ:
«Կարող եք կա՛մ օգտագործել իրական գրաֆենը որպես նյութ, կա՛մ կիրառել մեր հայտնաբերած երկրաչափությունը այլ նյութերի հետ միասին, ինչպիսիք են պոլիմերները կամ մետաղները», - եզրափակել է Մարկուս Բուելերը:
