Teamets metod, som går ut på att helt enkelt värma upp det tryckta materialet i en inert atmosfär, gör att polymerkedjorna tvärbinds och bildar ett stelt nätverk, medan kolpartiklarna fungerar som förstärkning. Det resulterande materialet har en styrka och duktilitet som är jämförbar med traditionella metallskum, men med en mycket lägre densitet.
Forskarna tror att deras metod kan användas för att skapa en ny klass av lätta, höghållfasta material för en mängd olika applikationer, inklusive flyg-, bil- och sportutrustning.
"Vår metod öppnar för möjligheten att skapa nya material som är starkare, lättare och mer mångsidiga än traditionella material", säger studiens huvudförfattare Chengyu Li, en postdoktor vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid UC Berkeley. "Detta kan ha en stor inverkan på ett brett spektrum av branscher."
Teamets resultat publicerades i tidskriften Nature Materials.
Teamets metod börjar med en 3D-skrivare som kan skriva ut en polymer som poly(metylmetakrylat) (PMMA) i önskad form. Den tryckta delen placeras sedan i en inert atmosfär och värms upp till en temperatur på cirka 300 grader Celsius (572 grader Fahrenheit). Denna temperatur är tillräckligt hög för att få polymerkedjorna att tvärbindas, men tillräckligt låg för att förhindra att materialet bryts ned.
När materialet svalnar bildar de tvärbundna polymerkedjorna ett styvt nätverk som ger materialet dess styrka. Kolpartiklarna, som är dispergerade i polymeren, fungerar som förstärkning och hjälper till att förhindra att materialet går sönder.
Det resulterande materialet har en densitet på cirka 0,2 gram per kubikcentimeter (g/cc), vilket är ungefär en femtedel av densiteten för aluminium. Den har också en styrka på cirka 100 megapascal (MPa), vilket är jämförbart med traditionella metallskum. Hybridkolmikrogittermaterialet är dock mycket mer formbart än metallskum, vilket innebär att det tål mer deformation innan det går sönder.
Teamet tror att deras metod skulle kunna användas för att skapa en ny klass av lätta, höghållfasta material för en mängd olika applikationer. Några potentiella tillämpningar inkluderar:
* Flyg:Materialet kan användas för att tillverka lätta strukturella komponenter för flygplan och rymdfarkoster.
* Fordon:Materialet kan användas för att tillverka lättviktspaneler och andra komponenter för bilar och lastbilar.
* Sportutrustning:Materialet kan användas för att tillverka lätt, högpresterande sportutrustning som tennisracketar och golfklubbor.
Teamet arbetar just nu med att skala upp sin metod så att den kan användas för att producera större delar. De undersöker också olika sätt att modifiera materialets egenskaper, såsom dess styrka, duktilitet och densitet.
