Vědci našli nový způsob, jak strukturovat uhlík v nanoměřítku, a vytvořit tak strukturu, která pevností a hustotou předčí diamant.
Navzdory skutečnosti, že malá uhlíková mřížka byla vyrobena a testována v laboratoři, má stále velmi daleko od praktického využití. Tento nový přístup by nám ale mohl v budoucnu pomoci vytvořit silnější a lehčí materiály, což je velmi zajímavé pro průmyslová odvětví, jako je letecký a kosmický průmysl a letectví.
To, o čem tu mluvíme, je něco známého jako nanolatické struktury – porézní struktury, jako je ta na obrázku výše, jsou tvořeny trojrozměrnými uhlíkovými vzpěrami a složenými výztuhami. Díky své jedinečné struktuře jsou neuvěřitelně silné a lehké.
Typicky jsou tyto nanolatiky založeny na válcovité kostře (nazývají se paprsková nanolatika). Tým však nyní vytvořil lamelární nanolatiku, struktury založené na malých lamelách.
Na základě experimentů a výpočtů lamelový přístup slibuje 639% zvýšení pevnosti a 522% zvýšení tuhosti oproti metodě nanostrukturovaného paprsku.
K definitivnímu testování těchto materiálů v laboratoři vědci použili sofistikovaný proces 3D laserového tisku zvaný přímý laserový zápis dvou fotonové polymerace, který v podstatě používá pečlivě řízené chemické reakce v laserovém paprsku k leptání forem v nejmenším měřítku.
Použitím kapalné pryskyřice citlivé na UV proces proces emituje fotony na pryskyřici, aby se změnil na pevný polymer specifického tvaru. Poté jsou nutné další kroky k odstranění přebytečné pryskyřice a zahřátí struktury tak, aby držela na místě.
To, co zde vědci dokázali, se ve skutečnosti blíží maximální teoretické tuhosti a síle tohoto typu materiálu – hranicím známým jako horní hranice Khashin-Shtrikman a Suke.
Jak potvrzuje rastrovací elektronový mikroskop, jedná se o první skutečné experimenty, které ukazují, že lze dosáhnout teoretické mezní síly, i když stále ještě nejsme schopni vyrábět tento materiál ve větším měřítku.
Část síly materiálu ve skutečnosti spočívá v jeho malé velikosti: když jsou takové objekty stlačeny na 100 nanometrů – tisíckrát menší než tloušťka lidského vlasu – póry a praskliny v nich se zmenší, čímž se sníží potenciální defekty.
Pokud jde o to, jak mohou být tyto nanolatiky nakonec použity, budou určitě zajímavé pro letecký průmysl – kombinace síly a nízké hustoty je činí ideálními pro letadla a kosmické lodě.
Studie byla publikována v Nature Communications.
Zdroje: Foto: (Cameron Crook and Jens Bauer / UCI)
