Φθηνότερα τα αεροπορικά εισιτήρια στο μέλλον;

Φθηνότερα τα αεροπορικά εισιτήρια στο μέλλον; Facebook Twitter
Τα αεροπλάνα του μέλλοντος θα κατασκευάζονται από φθηνότερα, ελαφρύτερα και πολύ πιο ανθεκτικα υλικά.
1

Μια ομάδα ερευνητών του MIT σχεδίασε ένα από τα ισχυρότερα έως σήμερα ελαφριά υλικά, συμπιέζοντας και συντήκοντας φύλλα γραφενίου. Το νέο σούπερ-υλικό, με πορώδη γεωμετρία και μόλις 5% την πυκνότητα του χάλυβα, φέρει έως και 10 φορές υψηλότερη αντοχή.

Το γραφένιο θεωρείται ως η ισχυρότερη δομή από όλα τα γνωστά υλικά. Δυστυχώς όμως, έχει ένα μειονέκτημα! Είναι δισδιάστατο.

Ουσιαστικά, είναι ένα επίπεδο φύλλο άνθρακα, εξαγωνικά διατεταγμένων ατόμων, και εκτείνεται απεριόριστα στις δύο διαστάσεις, επιδεικνύοντας εξαιρετική μηχανική αντοχή, καθώς και μοναδικές θερμο-ηλεκτρικές ιδιότητες. Εντούτοις, λόγω της ασύλληπτης λεπτότητας του, δεν είναι καθόλου χρήσιμο στην κατασκευή 3D υλικών. Τέτοια υλικά θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν σε αεροπλάνα, ΙΧ, κτήρια και καθημερινές συσκευές, φέρνοντας επανάσταση σε πολλές από τις ιδιότητες/δυνατότητες τους.

Τα ασυνήθιστα γεωμετρικά σχήματα που παίρνει το γραφένιο υπ' αυτές τις συνθήκες μοιάζουν με μπάλες Nerf, γεμάτα οπές.

Οι ερευνητές έχουν από καιρό συνειδητοποιήσει τα οφέλη μιας τρισδιάστατης υλοποίησης, ωστόσο η σύνθεση ενός πανίσχυρου και ελαφριού 3D υλικού με βάση το γραφένιο αποδείχθηκε άπιαστη, παρά τις φιλότιμες προσπάθειες τους. Τα εργαστηριακά πειράματα απέτυχαν οικτρά να ανταποκριθούν στις προσδοκίες τους, παρουσιάζοντας αρκετές τάξεις μεγέθους ασθενέστερη αντοχή απ' ό,τι αναμενόταν.

Όσο, λοιπόν, το γραφένιο σνομπάρει την τρίτη διάσταση, περιορίζονται σημαντικά και οι εφαρμογές του.

Φθηνότερα τα αεροπορικά εισιτήρια στο μέλλον; Facebook Twitter
Το γραφένιο είναι ένα επίπεδο φύλλο άνθρακα, εξαγωνικά διατεταγμένων ατόμων, και εκτείνεται απεριόριστα στις δύο διαστάσεις, επιδεικνύοντας εξαιρετική μηχανική αντοχή, καθώς και μοναδικές θερμο-ηλεκτρικές ιδιότητες.

Η ομάδα του MIT επεδίωξε μία διαφορετική προσέγγιση, διεξάγοντας μία υπολογιστική προσομοίωση της συμπεριφοράς του γραφενίου, σε ατομική κλίμακα, και κατέληξε σε ένα θεωρητικό πλαίσιο ανάλυσης, που ταιριάζει πολύ στενά με τις πειραματικές παρατηρήσεις.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Science Advances, με επικεφαλής τον Markus Buehler, καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος, του MIT, και περιγράφει ένα πρωτόκολλο τρισδιάστατης σύνθεσης ενός σούπερ-υλικού με βάση το γραφένιο. Ανάμεσα σε άλλα, οι συγγραφείς αναφέρουν ότι η μυστική συνταγή κρύβεται στην ασυνήθιστη γεωμετρική διαμόρφωση των φύλλων, απ' ό,τι στο ίδιο το γραφένιο. Κατά συνέπεια, θα μπορούσαν να συντεθούν και άλλα πανίσχυρα/ελαφριά υλικά από μία ποικιλία πρώτων υλών, ήδη διαδεδομένων στην βιομηχανία.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι είναι εφικτό να συντηκούν φύλλα γραφενίου, χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο συνδυασμό πίεσης και θερμότητας. Αυτή η μέθοδος επεξεργασίας φάνηκε ότι δύναται να παράξει μία ισχυρή, σταθερή δομή, η οποία μοιάζει με εκείνη των κοραλλίων, και άλλων μικροσκοπικών πλασμάτων, που ονομάζονται διάτομα. Τέτοιες δομές έχουν τεράστια επιφάνεια σε αναλογία με τον όγκο τους, και οι υπολογιστικές προσομοιώσεις εξουθενωτικών συνθηκών εφελκυσμού και συμπίεσης, κατέδειξαν τη 10 φορές ισχυρότερη αντοχή τους σε σύγκριση με το χάλυβα, έχοντας μόλις το 5% της πυκνότητας του. Αμέσως έπειτα, οι ερευνητές θέλησαν να εξετάσουν τα όρια τους και στην πράξη.

Τα ασυνήθιστα γεωμετρικά σχήματα που παίρνει το γραφένιο υπ' αυτές τις συνθήκες μοιάζουν με μπάλες Nerf, γεμάτα οπές. Γνωστά και ως γυροειδή, είναι τόσο περίπλοκα, που θεωρήθηκε αδύνατο να κατασκευαστούν με όποια άλλη συμβατική μέθοδο, παρ' εκτός κι αν αξιοποιούνταν οι δυνατότητες ενός 3D εκτυπωτή.

Η ομάδα εκτύπωσε 3D μοντέλα των πιο υποσχόμενων δομών, μεγεθυμένων κατά χιλιάδες φορές, για τους σκοπούς των δοκιμών. Ακολούθησε ο έλεγχος των μηχανικών τους ιδιοτήτων, αποκαλύπτοντας αξιοσημείωτη αντιστοιχία με τις προβλέψεις των υπολογιστικών προσομοιώσεων, προς χαρά και ικανοποίηση των ερευνητών.

Ο επικεφαλής της μελέτης εξηγεί στην Υπηρεσία Τύπου του MIT, ότι στο γραφένιο συμβαίνει, αυτό που θα συνέβαινε και σε φύλλα χαρτιού. Ενώ έχουν μικρή αντοχή κατά το μήκος/πλάτος τους, και μπορούν εύκολα να τσαλακωθούν, όταν λάβουν ορισμένες διαμορφώσεις, όπως λόγου χάριν σωλήνα, αποκτούν πολύ μεγαλύτερη αντοχή κατά το μήκος τους, υποστηρίζοντας σημαντικό βάρος. Ομοίως, και οι προταθείσες γεωμετρικές διατάξεις των φύλλων γραφενίου.

Στον αντίποδα προηγουμένως διατυπωμένων υποθέσεων άλλων ερευνητικών ομάδων, τα αποτελέσματα της νέας μελέτης υποδεικνύουν, ότι είναι αδύνατο να κατασκευαστούν 3D δομές γραφενίου ελαφρότερες του αέρα, καθότι, σε τόσο χαμηλές πυκνότητες, θα κατέρρεαν υπό την περιβάλλουσα πίεση.

Παρά ταύτα, άπειρες άλλες εφαρμογές της δεδομένης γεωμετρίας είναι δυνητικές, είτε με βάση το γραφένιο, είτε άλλα πολυμερή και μέταλλα, επιτυγχάνοντας ανεξερεύνητους έως τώρα συνδυασμούς σημαντικών ιδιοτήτων, όπως της ηλεκτρική αγωγιμότητας, της διαφάνειας, κ.α.

Η ίδια γεωμετρία θα μπορούσε να εφαρμοστεί και σε δομικά υλικά μεγάλης κλίμακας. Για παράδειγμα, θα μπορούσε να κατασκευαστεί μια γέφυρα από σκυρόδεμα πορώδους γεωμετρίας, παρέχοντας συγκρίσιμη μηχανική αντοχή, με μόλις ένα κλάσμα του βάρους. Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ακόμη και σε αεροπλάνα, τα οποία θα καταναλώνουν πολύ λιγότερα καύσιμα -εξου και τα φθηνότερα εισιτήρια-, έχοντας ταυτόχρονα πολύ ισχυρότερη αντοχή σε προσκρούσεις.

Η μελέτη αυτή θεωρείται πρωτοποριακή ως προς το συνδυασμό των προσεγγίσεων: i) υπολογιστικά μοντέλα και ii) 3-D εκτύπωση, διανοίγοντας νέους ορίζοντες στα ερευνητικά πεδία της νανο-μηχανικής και των δομικών υλικών. Ας ελπίσουμε ότι σύντομα θα πραγματωθούν και τα υποσχόμενα οφέλη στην καθημερινή μας ζωή.

Follow me on Facebook

 

Τech & Science
1

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ

Δεινόσουχος: Ο γιγάντιος πρόγονος των κροκοδείλων που κυνηγούσε δεινόσαυρους και άντεχε το αλμυρό νερό

Τech & Science / Δεινόσουχος: Ο γιγάντιος πρόγονος των κροκοδείλων που κυνηγούσε δεινόσαυρους και άντεχε το αλμυρό νερό

Ο Δεινόσουχος, ένας τεράστιος προϊστορικός συγγενής των κροκοδείλων, μπορούσε να τρώει δεινόσαυρους και να διασχίζει θάλασσες χάρη στην ανοχή του στο αλμυρό νερό. Νέα μελέτη ανατρέπει όσα γνωρίζαμε για την εξέλιξή του.
LIFO NEWSROOM
Πρωτοποριακή μελέτη: Ενήλικες με αλλεργία στα φιστίκια μπορούν να μειώσουν την ευαισθησία τους σε αυτά

Τech & Science / Πρωτοποριακή μελέτη: Ενήλικες με αλλεργία στα φιστίκια μπορούν να μειώσουν την ευαισθησία τους σε αυτά

Νέα έρευνα δείχνει ότι η καθημερινή έκθεση σε μικρές δόσεις φιστικιού μπορεί να μειώσει τις αλλεργικές αντιδράσεις σε ενήλικες με σοβαρή αλλεργία - Ελπίδες για νέα θεραπευτική προσέγγιση
LIFO NEWSROOM
Σεισμοί βαθιά κάτω από τη Σιέρα Νεβάδα αποκαλύπτουν πώς σχηματίζονται οι ήπειροι

Τech & Science / Σεισμοί βαθιά κάτω από τη Σιέρα Νεβάδα στην Καλιφόρνια αποκαλύπτουν πώς σχηματίζονται οι ήπειροι

Ασυνήθιστοι σεισμοί σε βάθη έως και 40 χλμ. κάτω από τη Σιέρα Νεβάδα δείχνουν ότι η λιθόσφαιρα της Γης αποκολλάται. Μια σπάνια ματιά σε μια διαδικασία που δημιουργεί ηπείρους
LIFO NEWSROOM
Φαρμακευτική κάνναβη: Η μεγαλύτερη μελέτη μέχρι σήμερα αναδεικνύει τις θεραπευτικές της δυνατότητες στον καρκίνο

Τech & Science / Φαρμακευτική κάνναβη: Η μεγαλύτερη μελέτη μέχρι σήμερα αναδεικνύει τις θεραπευτικές της δυνατότητες στον καρκίνο

Η ανάλυση αποσκοπεί στην εδραίωση της συμφωνίας σχετικά με τις δυνατότητες της κάνναβης ως θεραπεία του καρκίνου, λέει ο επικεφαλής της έρευνας
ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΑΓΑΠΗ ΒΑΡΟΥΝΗ
Περιπλανώμενη μαύρη τρύπα, επτά φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, εντοπίστηκε στον γαλαξία μας

Τech & Science / Περιπλανώμενη μαύρη τρύπα, επτά φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, εντοπίστηκε στον γαλαξία μας

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η μαύρη τρύπα σχηματίστηκε πριν από εκατομμύρια χρόνια από την κατάρρευση ενός τεράστιου άστρου και έκτοτε ταξιδεύει μόνη στον Γαλαξία
LIFO NEWSROOM

σχόλια

1 σχόλια
Σημαντικό επίτευγμα θα σταθώ όμως στον τίτλο. Τα φθηνότερα αεροπορικά εισιτήρια βγαίνουν με βάση την κατανάλωση. Η παραγωγή των αεροσκαφών με βάση το γραφενιο τι κόστος όμως θα έχει; Γιατί από ότι νομίζω το γραφενιο είναι αρκετά ακριβότερο από το αλουμίνιο...