Учените са открили нов начин за структуриране на въглерода в наномащаба, създавайки структура, която надвишава диаманта по сила и плътност.
Въпреки факта, че малката въглеродна решетка е произведена и тествана в лабораторията, тя все още е много далеч от практическото й използване. Но този нов подход може да ни помогне да създадем по-здрави и леки материали в бъдеще, което е от голям интерес за индустрии като космическата и авиационната индустрия.
Това, за което говорим тук, е нещо, известно като нанолатични структури – порести структури като тази на изображението по-горе, съставени от триизмерни въглеродни подпори и къдрави скоби. Благодарение на уникалната си структура, те са невероятно здрави и леки.
Обикновено тези нанолатици се основават на цилиндрична рамка (те се наричат лъчеви нанолатици). Но сега екипът е създал ламеларни нанолатици, структури, базирани на малки ламели.
Въз основа на експерименти и изчисления, ламеларният подход обещава 639% увеличение на якостта и 522% увеличение на твърдостта спрямо метода с наноструктуриран лъч.
За да тестват окончателно тези материали в лабораторията, изследователите са използвали сложен процес на 3D лазерен печат, наречен директно лазерно записване на двуфотонна полимеризация, който по същество използва внимателно контролирани химични реакции в рамките на лазерен лъч за извличане на форми в най-малък мащаб.
Използвайки UV-чувствителна течна смола, процесът излъчва фотони върху смолата, за да я превърне в твърд полимер със специфична форма. След това са необходими допълнителни стъпки за отстраняване на излишната смола и нагряване на конструкцията, за да я задържи на място.
Това, което учените са успели да направят тук, всъщност се доближава до максималната теоретична твърдост и здравина на този вид материал – границите, известни като горните граници на Хашин-Щрикман и Суке.
Както се потвърждава от сканиращ електронен микроскоп, това са първите истински експерименти, които показват, че могат да се достигнат теоретични крайни сили, въпреки че все още сме далеч от възможността да произвеждаме този материал в по-голям мащаб.
Всъщност част от здравината на материала се крие в малкия му размер: когато такива предмети се компресират до 100 нанометра – хиляда пъти по-малко от дебелината на човешки косъм – порите и пукнатините в тях стават по-малки, намалявайки потенциалните дефекти.
Що се отнася до начина, по който тези нанолатици могат да бъдат използвани в крайна сметка, те със сигурност ще представляват интерес за космическата индустрия – комбинацията от сила и ниска плътност ги прави идеални за самолети и космически кораби.
Изследването е публикувано в Nature Communications.
Източници: Снимка: (Камерън Крук и Йенс Бауер / UCI)
