麻省理工大學發明了太空建築用的材料,強度是鋼的10倍而且超輕
太空電梯,它的運輸升降倉沿著一條條常用的電纜上下移動,一種人類理論上的運輸模式把地球和太空連接起來,這是人類存在已久的關於未來的想像。
這個場景已經在電影,書籍,科學月刊上反覆出現,但是現實里研究人員一直試圖找到一種足夠硬和足夠輕的材料來使這個未來的升降倉成為現實,現在來自麻省理工大學的一個團隊,已經設計發明出一種最硬最輕的材料,使得我們科學夢想更近一步,他們發明的材料配方同樣可以對地球上現有建築和基建設施產生變革。
石墨烯,二維形式的碳結構,是目前已知的最硬材料。現在新發明的材料就是由石墨烯組成,但是因為石墨烯的二維形式很薄,只有一個原子厚,用於建築不太現實,而這個科學團隊的突破在於通過加熱和加壓發明了石墨烯的三維形式,發表在《科學》雜誌上的一篇論文中進一步描述了細節,他們開發了這種結構的計算機模式,然後用石墨烯重建它,在測試過程中,他們發現多孔材料的樣品比鋼強十倍,密度卻只有鋼的5%。
根據麻省理工學院土木與環境工程系的研究人員所說, 重新配置石墨烯的結構的想法類似於一張紙的形式變化: 當你把一張紙捲成管狀,它的強度遠大於壓平或者弄皺的時候,管狀形式因為他們的承受力加強已經在建築中得到應用, ,芝加哥的威利斯大廈, 就使用了一個管狀結構體系。
「這是一個非常創新的材料,如果我們可以大批量生產, 我們可以用它來替代建築和基礎設施中用鋼,」秦趙說。「我們可以節省大量勞動力, 因為它是那麼輕, 那麼強。」
這種材料對於建築的環保也非常有利,它的多孔結構和增大的表面積可以過濾水或空氣,未來應用於綠色建築結構有潛在價值。因為它是由碳元素構成的,材料的化學和機械性能穩定,面對類似於超強風暴,海平面上升等外界因素,這種材料的特性可以使得建築具有更好的韌性。
該材料的潛在應用並不緊緊局限於地球上的建築物。它可以被運輸到太空建造空間站,甚至外星移居地,這樣一個輕質建築材料可以顯著降低成本。另外三維石墨烯的結構可以凈化地球的大氣層,這個遙遠的可能性雖然現在受到很多因素制約。
更讓人興奮的是,設計團隊採用的多孔幾何結構並不一定非要採用石墨烯,畢竟石墨烯現在非常昂貴,用於工程建築最終也許不現實,其他形式的有機分子,如多肽蛋白質,纖維素,或絲綢,也有可能轉化為具有相似的幾何屬性的材料。這種超強材料,不僅僅是工程建築行業,從醫療設備到汽車行業都有潛在的應用價值。
雖然太空電梯今天仍然是一個幻想 但是,材料科學的發展帶來了更強,更輕,更有彈性的建築結構形式,這讓我們離科幻成真更近了一步。
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