Vedci našli nový spôsob štruktúrovania uhlíka v nanorozmeroch a vytvorili štruktúru, ktorá prekonáva diamant v pomere sily k hustote.
Napriek tomu, že malá uhlíková mriežka bola vyrobená a testovaná v laboratóriu, má stále veľmi ďaleko od praktického využitia. Ale tento nový prístup by nám mohol pomôcť v budúcnosti vytvoriť silnejšie a ľahšie materiály, o ktoré sa veľmi zaujímajú odvetvia ako letecký a kozmický priemysel a letectvo.
To, o čom tu hovoríme, je niečo známe ako nanolatické štruktúry – pórovité štruktúry, ako je tá na obrázku vyššie, sú tvorené trojrozmernými uhlíkovými vzperami a zloženými zátvorkami. Vďaka svojej jedinečnej štruktúre sú neuveriteľne silné a ľahké.
Zvyčajne sú tieto nanolatiny založené na valcovom základe (nazývajú sa lúčová nanolatika). Tím však teraz vytvoril lamelovú nanolatiku, štruktúry založené na malých lamelách.
Na základe experimentov a výpočtov lamelárny prístup sľubuje zvýšenie metódy pevnosti o 639% a zvýšenie tuhosti o 522% oproti metóde nanostruktúrovaného lúča.
Na definitívne testovanie týchto materiálov v laboratóriu použili vedci sofistikovaný proces 3D laserovej tlače nazývaný priame laserové písanie dvojfotónovej polymerizácie, ktorý v podstate využíva starostlivo riadené chemické reakcie v laserovom lúči na leptanie foriem v najmenšom rozsahu.
Použitím kvapalnej živice, ktorá je citlivá na UV žiarenie, proces emituje fotóny na živicu, aby sa zmenila na tuhý polymér špecifického tvaru. Potom sú potrebné ďalšie kroky na odstránenie prebytočnej živice a zahrievanie konštrukcie, aby sa udržala na danom mieste.
To, čo sa tu vedcom podarilo, sa v skutočnosti blíži k maximálnej teoretickej tuhosti a sile tohto typu materiálu – hraniciam známym ako horné hranice Khashin-Shtrikman a Suke.
Ako potvrdil skenovací elektrónový mikroskop, ide o prvé skutočné experimenty, ktoré ukazujú, že je možné dosiahnuť teoretické konečné sily, hoci ešte stále nie sme schopní tento materiál vyrobiť vo väčšom meradle.
Časť sily materiálu v skutočnosti spočíva v jeho malej veľkosti: keď sa také objekty stlačia na 100 nanometrov – tisíckrát menej ako je hrúbka ľudského vlasu – póry a praskliny v nich sa zmenšia, čím sa znížia potenciálne chyby.
Pokiaľ ide o to, ako môžu byť tieto nanolatíny nakoniec použité, bude určite zaujímať letecký priemysel – kombinácia sily a nízkej hustoty ich robí ideálnymi pre lietadlá a kozmické lode.
Výskum bol publikovaný v časopise Nature Communications.
Zdroje: Foto: (Cameron Crook a Jens Bauer / UCI)
