Графен в велоіндустрії

Хай там що кажуть про космічні технології в маркетингових казках, залишився величезний простір для розвитку матеріалів. Головні недоліки карбону, яких ще не вдалося уникнути — він боїться точкових ударів і після перевищення порогу пружної деформації розлітається вщент. Останнім часом вчені і зацікавлені веловиробники покладають багато надій на подальший розвиток композитів.


 
Вчені з Массачусетського Інституту Технологій в Бостоні 13 січня оголосили прорив у розробці графену, створивши пористу тривимірну структуру.
 
Деякі виробники (Vittoria, наприклад) вже пару років хизуються використанням графену у виробництві покришок, а також карбонових ободів, проте тут є одна важлива штука: графен — це двовимірний матеріал товщиною всього в один атом. Графен — це одна з алотропних форм вуглецю з гексагональною структурою і міжатомною відстанню 0,142 нм. Кажучи простою мовою, до цього дня графен не міг використовуватись як основний структурний матеріал для макроскопічних об'єктів.
 
Його унікальні властивості пророчать чудові перспективи: графен у 200 разів міцніший за найміцнішу сталь. Він добре розсіює тепло, є гарним провідником і майже прозорий. Завдяки аномально високому порогу пружної деформації, перевищення його у велосипедній практиці навіть у найкатастрофічнішій ситуації під великим сумнівом — поріг складає 130 ГПа/м² при щільності 1г/см³ (для порівняння, найміцніша сталь Reynolds 953 має поріг деформації 2,05 ГПа/м² — спитайте будь-якого фреймбілдера, який працює з цією нержавійкою, чи легко деформувати трубу з товщиною стінки 0,3 мм). Втім, вченим раніше не вдавалось створити ефективну тривимірну структуру, адже у листовій формі він згортається і його доводиться або розтягувати, ніби павутину, або наносити на жорстку поверхню.
 
Теоретично, графен може зробити велосипед і екіпірування атлета майже невагомим і неймовірно міцним. Розтрощений карбон стане кошмарним сном минулого і побоювання у надійності техніки перестануть бентежити і професійних спортсменів, і простих аматорів.
 
Але поки що це тільки теорія і справа неблизького майбутнього. Команда дослідників із Массачусетского Інституту змогла створити тривимірний матеріал щільністю 4,6% від щільності сталі, який є в 10 разів міцнішим. Після аналізу структури матеріалу на атомному рівні, вчені також створили математичну модель для прогнозування поведінки матеріалу на стадії виробництва для чіткої повторюваності результату. Повна наукова викладка знаходиться тут.


 
В них вийшов композит з багатьох сплавлених разом двовимірних шарів, який має граничний показник порогу пружної деформації 2,8 ГПа/м² (показано на відео). Нехай вас не лякає характер поломки, схожий на поведінку карбону. Графен — матеріал надзвичайно коштовний і перш ніж хтось відважиться виробляти його в індустріальних масштабах, розвиток термопластів і інших типів композитних матеріалів, стане нормою і в "чистому" вигляді звичний карбоновий композит (поліакрілнітрилове волокно і епоксидна смола) і ще такий недосяжний графен використовуватись не будуть.
 
Але це — тема окремого обговорення (далі буде).