Nytt metamaterial har utvecklats som uppvisar hundratals gånger större styrka än rena metaller. Forskare från KAIST har utvecklat ett sammansatt nanomaterial. Nanomaterialet består av grafen insatt i koppar och nickel och uppvisar styrkor 500 gånger och 180 gånger, respektive, större än för rena metaller. Resultatet av forskningsansträngningen publicerades den 2 juli onlineupplagan i Naturkommunikation tidning.
Grafen uppvisar styrkor 200 gånger större än stål, är töjbar, och är flexibel. U.S. Army Armaments Research, Development and Engineering Center utvecklade ett grafen-metall nanomaterial men misslyckades med att drastiskt förbättra materialets styrka. För att maximera ökningen i styrka som ges av tillsatsen av grafen, forskargruppen från KAIST skapade en skiktad struktur av metall och grafen. Med hjälp av CVD (Chemical Vapor Deposition) odlade teamet ett enda lager grafen på ett metalldeponerat substrat och deponerade sedan ett annat metalllager och upprepade processen för att producera ett metall-grafen flerskiktskompositmaterial som, uppnå en världsnyhet genom att göra det, använde ett enda lager grafen.
Mikrokompressionstester inom Transmission Electronic Microscope och Molecular Dynamics-simulering visade effektivt den styrkaförbättrande effekten och dislokationsrörelsen på atomnivå. De mekaniska egenskaperna hos grafenskiktet i metall-grafenkompositmaterialet blockerade framgångsrikt dislokationer och sprickor från yttre skador från att resa inåt. Därför visade kompositmaterialet styrka utöver konventionella metall-metall flerskiktsmaterial.
Koppar-grafen-flerskiktsmaterialet med ett interplanärt avstånd på 70 nm uppvisade 500 gånger större (1.5GPa) styrka än ren koppar och nickel-grafen-flerskiktsmaterial med ett interplanärt avstånd på 100 nm visade 180 gånger större (4.0GPa) styrka än rent nickel. Det visade sig att det finns ett tydligt samband mellan det interplanära avståndet och styrkan hos flerskiktsmaterialet. Ett mindre avstånd mellan planerna gjorde dislokationsrörelsen svårare och ökade därför materialets styrka. Professor Han, som ledde forskningssatsningen, kommenterade "resultatet är häpnadsväckande eftersom 0,00004 viktprocent grafen ökade materialens styrka hundratals gånger" och att "förbättringar baserade på denna framgång, speciellt möjliggör massproduktion med roll-to-roll process eller metallsintringsprocess, vid tillverkning av lättviktsbilar och rymdfarkoster, delar med ultrahög hållfasthet kan bli möjliga." Dessutom nämnde professor Han att "det nya materialet kan appliceras på beläggningsmaterial för kärnreaktorkonstruktioner eller andra strukturella material som kräver hög tillförlitlighet."
