A tudósok új módszert találtak a szén nanoszinten történő strukturálására, létrehozva egy olyan struktúrát, amely szilárdság / sűrűség arányban felülmúlja a gyémántot.
Annak ellenére, hogy az apró szénrácsot laboratóriumban készítették és tesztelték, még mindig nagyon távol áll a gyakorlati alkalmazásától. De ez az új megközelítés segíthet abban, hogy a jövőben erősebb és könnyebb anyagokat hozzunk létre, ami nagy érdeklődésre tart számot az olyan iparágak számára, mint a repülőgépipar és a repülés.
Amiről itt beszélünk, nanolatikus szerkezetekről van szó – olyan porózus szerkezetekről, mint a fenti képen, háromdimenziós széntartókból és göndör merevítőkből áll. Egyedülálló szerkezetüknek köszönhetően hihetetlenül erősek és könnyűek.
Ezek a nanolanikumok általában hengeres kereten alapulnak (gerendás nanolakknak hívják őket). De a csapat most létrehozott lamellás nanolakkokat, apró lamellákon alapuló struktúrákat.
Kísérletek és számítások alapján a lamelláris megközelítés 639% -os szilárdságnövekedést és 522% -os merevség növekedést ígér a nanoszerkezetű nyaláb módszerrel szemben.
Ezeknek az anyagoknak a laboratóriumban történő végleges teszteléséhez a kutatók egy kifinomult 3D lézernyomtatási eljárást alkalmaztak, amelyet direkt lézerírási kétfoton polimerizációnak hívnak, és amely lényegében gondosan ellenőrzött kémiai reakciókat alkalmaz egy lézersugárban a formák maratásához a legkisebb méretben.
UV-érzékeny folyékony gyanta felhasználásával az eljárás fotonokat bocsát ki a gyantára, hogy egy meghatározott alakú szilárd polimerré alakuljon. Ezután további lépésekre van szükség a gyanta feleslegének eltávolításához és a szerkezet felmelegítéséhez, hogy a helyén maradjon.
Amit a tudósoknak sikerült itt megtenniük, az valójában megközelíti az ilyen típusú anyagok maximális elméleti merevségét és szilárdságát – Khashin-Shtrikman és Suke felső határaként ismert határokat.
Amint azt egy pásztázó elektronmikroszkóp megerősítette, ezek az első valódi kísérletek, amelyek megmutatják, hogy az elméleti végső erősségek elérhetőek, bár még mindig messze vagyunk attól, hogy ezt az anyagot nagyobb méretben előállítsuk.
Valójában az anyag szilárdságának egy része apró méretében rejlik: amikor az ilyen tárgyakat 100 nanométerre összenyomják – ezerszer kisebb, mint az emberi haj vastagsága -, a pórusok és a repedések egyre kisebbek lesznek, csökkentve a lehetséges hibákat.
Ami végső soron felhasználható ezeknek a nanolakkoknak, minden bizonnyal érdekelni fogják az űripart – az erő és az alacsony sűrűség kombinációja miatt ideálisak repülőgépek és űrhajók számára.
A tanulmány a Nature Communications folyóiratban jelent meg.
Források: Fotó: (Cameron Crook és Jens Bauer / UCI)
