Материалы портала «Научная Россия»

Керамический не значит хрупкий

Керамический не значит хрупкий
Ученые из Калтеха научились создавать материалы со взаимоисключающими свойствами.

Ученые из Калифорнийского технологического института (США) проектируют легкие, но прочные материалы, сообщает пресс-служба Института.

Представьте себе шар, летающий за счет наполнения газом легче воздуха. Вместо этого он мог бы быть вообще пустым, если бы корпус сохранял свою форму под давлением воздуха снаружи и притом оставался бы достаточно легким и гибким.
Материаловед из Калтеха Юлия Грир (Julia Greer) и ее коллеги — на пути к созданию такого материала и материалов с другими доселе невиданными свойствами. Например, они могут создать теплонепроницаемый и в то же время исключительно легкий материал, или материал одновременно крепкий, легкий и небьющийся — то есть со свойствами, которые обычно считаются взаимоисключающими.

Команда Грир разработала метод создания новых структурированных материалов, используя преимущества твердых тел нанометровых масштабов. В статье, опубликованной в номере журнала Science от 12 сентября, исследователи рассказывают, как они использовали метод получения невероятно прочной керамики, состоящей из воздуха на 99.9%, и способной восстанавливать форму после сжатия более чем в два раза.

Грир поясняет, что если использовать нанометровые масштабы для создания структур с запланированными свойствами, из которых затем собирать материал как конструктор Лего, то можно сконструировать материал почти с любыми свойствами.
Исследователи использовали метод прямой лазерной записи, называемый двухфотонной литографией, чтобы «напечатать» трехмерный шаблон на полимере, укрепив полимер в точках фокусировки пары лучей лазера. Непропечатанные части полимера на следующем шаге растворяются и вымываются, а трехмерный каркас остается. Затем полученная структура может быть покрыта тонким слоем почти любого состава: металлом или сплавом, стеклом, полупроводником и т.д. Например, можно нанести тканесовместимый материал, на котором могут размножаться клетки, чтобы растить кости. Затем укрепленный полимер также вытравливается, оставляя полые трубки 450–1380 нм в диаметре, со стенками толщиной 5–60 нм. 

Исследователи обнаружили, что структуры из оксида алюминия с толщиной стенок в 50 нм и диаметром трубочек около одного микрона разрушаются при сжатии, что неудивительно для керамики. Однако при толщине стенок в 10нм результаты получились совсем другие: материал можно деформировать (иногда до 85%), но он восстанавливается.

Обычные материалы хрупки за счет изъянов в структуре: пустот или вкраплений. Исследователи полагают, что работая с нанометровым масштабом, они получают меньше изъянов и каждый из них меньшего размера, за счет чего их материалы более качественны. Теперь лаборатория активно ищет способы расширения производства этих так называемых метаматериалов.

наноразмерные объекты нанотехнологии оксид алюминия

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий