I januari 2017 presenterades världens lättaste mekaniska kronografklocka i Genève, Schweiz, visar upp innovativ kompositutveckling genom att använda grafen. Nu har forskningen bakom projektet publicerats. Den unika precisionskonstruerade klockan var ett resultat av samarbete mellan University of Manchester, Richard Mille Watches och McLaren Applied Technologies.

RM 50-03-klockan tillverkades med en unik komposit som innehåller grafen för att tillverka en stark men lätt ny väska för att inrymma klockmekanismen, som vägde bara 40 gram totalt, inklusive remmen.

Samarbetet var en övning i teknisk excellens, utforska metoderna för att korrekt anpassa grafen i en komposit för att få ut det mesta av de tvådimensionella materialens överlägsna egenskaper av mekanisk styvhet och styrka samtidigt som behovet av att lägga till andra, tyngre material.

Nu, forskningen bakom denna unika klocka har publicerats i tidskriften Kompositer del A:Tillämpad vetenskap och tillverkning . Arbetet utfördes i första hand av en grupp forskare vid University of Manchesters National Graphene Institute.

Projektledare professor Robert Young sa, "I det här arbetet, genom tillsats av endast en liten mängd grafen i matrisen, de mekaniska egenskaperna hos en enkelriktat förstärkt kolfiberkomposit har förbättrats avsevärt.

"Detta kan ha framtida inverkan på precisionsteknikindustrier där styrka, styvhet och produktvikt är viktiga frågor inom flyg- och bilindustrin."

Den lilla mängden grafen som användes sattes till en kolfiberkomposit med målet att förbättra styvheten och minska vikten genom att kräva användning av mindre övergripande material. Eftersom grafen har höga nivåer av styvhet och styrka, dess användning som förstärkning i polymerkompositer visar en enorm potential för att ytterligare förbättra de mekaniska egenskaperna hos kompositer.

De slutliga resultaten uppnåddes med endast en 2-procentig viktandel av grafen tillsatt till epoxihartset. Den resulterande kompositen med grafen och kolfiber analyserades sedan genom dragprovning och mekanismerna avslöjades främst genom att använda Raman-spektroskopi och röntgen-CT-skanningar.

Fördelarna med denna forskning visar på en enkel metod som kan integreras i befintliga industriella processer, gör det möjligt för verkstadsindustrin att dra nytta av grafens mekaniska egenskaper, såsom tillverkning av flygplansvingar eller kaross på högpresterande bilar.

Forskargruppen upptäckte att när man jämför med ett kolfiberekvivalent exemplar, tillsatsen av grafen förbättrade avsevärt dragstyvheten och styrkan. Detta inträffade när grafenet spreds genom materialet och riktades in i fiberriktningen.

Dr Zheling Li, en forskarassistent vid University of Manchester, sa, "Denna studie presenterar ett sätt att öka den axiella styvheten och styrkan hos kompositer med enkla konventionella bearbetningsmetoder, och förtydliga de mekanismer som leder till denna förstärkning."

Aurèle Vuilleumier, FoU-chef på Richard Mille, sa, "Detta projekt är ett perfekt exempel på tekniköverföring från universitetet till produkten. Partnerskapet med McLaren Applied Technologies tillåter en bred spridning av grafenförbättrade kompositer i branschen. Som ett påtagligt resultat, en världsrekord lätt och stark klocka var tillgänglig för våra kunder:RM 50-03."

Dr Broderick Coburn, senior mekanisk konstruktionsingenjör på McLaren Applied Technologies, sa, "Grafens potential för att förbättra kompositernas strukturella egenskaper har varit känd och demonstrerad i labb-skala sedan en tid tillbaka. Denna applikation, även om nisch, är ett bra exempel på de strukturella fördelarna som gör det till ett prepreg-material, och sedan till en verklig produkt."