Teknik bag verdens letteste grafen-ur

I januar 2017 blev verdens letteste mekaniske kronografur afsløret i Genève, Schweiz, fremvisning af innovativ kompositudvikling ved brug af grafen. Nu er forskningen bag projektet offentliggjort. Det unikke præcisionskonstruerede ur var et resultat af samarbejde mellem University of Manchester, Richard Mille Watches og McLaren Applied Technologies.

RM 50-03 uret blev lavet ved hjælp af en unik komposit med grafen til at fremstille en stærk, men let, ny urkasse til at huse urmekanismen, som vejede kun 40 gram i alt, inklusive remmen.

Samarbejdet var en øvelse i ingeniørmæssig ekspertise, udforske metoderne til korrekt justering af grafen i en komposit for at få mest muligt ud af de todimensionelle materialers superlative egenskaber af mekanisk stivhed og styrke, mens behovet for tilføjelse af andre, tungere materialer.

Nu, forskningen bag dette unikke ur er blevet offentliggjort i tidsskriftet Kompositter del A:Anvendt videnskab og fremstilling . Arbejdet blev primært udført af en gruppe forskere ved University of Manchesters National Graphene Institute.

Projektleder professor Robert Young sagde, "I dette arbejde, ved kun at tilføje en lille mængde grafen i matrixen, de mekaniske egenskaber af en ensrettet forstærket kulfiberkomposit er blevet væsentligt forbedret.

"Dette kan have fremtidig indflydelse på finmekaniske industrier, hvor styrke, stivhed og produktvægt er nøglebekymringer, såsom rumfart og bilindustrien."

Den lille mængde grafen, der blev brugt, blev tilsat en kulfiberkomposit med det formål at forbedre stivheden og reducere vægten ved at kræve brug af mindre samlet materiale. Da grafen har høje niveauer af stivhed og styrke, dets anvendelse som en forstærkning i polymerkompositter viser et enormt potentiale for yderligere at forbedre de mekaniske egenskaber af kompositter.

De endelige resultater blev opnået med kun en 2-procents vægtfraktion af grafen tilsat til epoxyharpiksen. Det resulterende kompositmateriale med grafen og kulfiber blev derefter analyseret ved træktest, og mekanismerne blev afsløret primært ved brug af Raman-spektroskopi og røntgen-CT-scanninger.

Fordelene ved denne forskning viser en simpel metode, som kan inkorporeres i eksisterende industrielle processer, gør det muligt for ingeniørindustrien at drage fordel af grafens mekaniske egenskaber, såsom fremstilling af flyvinger eller karrosseri af højtydende biler.

Forskergruppen opdagede, at når man sammenlignede med en kulfiberækvivalent prøve, tilsætningen af ​​grafen forbedrede trækstivheden og styrken markant. Dette skete, da grafenet blev spredt gennem materialet og justeret ind i fiberretningen.

Dr. Zheling Li, en forskningsassistent ved University of Manchester, sagde, "Denne undersøgelse præsenterer en måde at øge den aksiale stivhed og styrke af kompositter ved hjælp af simple konventionelle forarbejdningsmetoder, og afklaring af de mekanismer, der fører til denne forstærkning."

Aurèle Vuilleumier, R&D manager hos Richard Mille, sagde, "Dette projekt er et perfekt eksempel på teknologioverførsel fra universitetet til produktet. Partnerskabet med McLaren Applied Technologies tillader en bred spredning af grafenforstærkede kompositter i industrien. Som et håndgribeligt resultat, et verdensrekord let og stærkt ur var tilgængeligt for vores kunder:RM 50-03."

Dr. Broderick Coburn, senior mekanisk designingeniør hos McLaren Applied Technologies, sagde, "Graphens potentiale til at forbedre kompositters strukturelle egenskaber har været kendt og demonstreret i laboratorieskala i nogen tid nu. Denne applikation, selvom niche, er et godt eksempel på de strukturelle fordele, der gør det til et prepreg-materiale, og derefter til et egentligt produkt."