Ученые годами пытались отмасштабировать наноматериалы, сохранив их легкость, гибкость и эластичность. Наконец, это удалось инженерам из Политехнического университета Виргинии (США) под руководством материаловеда Сяоюй «Раян» Чжэн (Xiaoyu «Rayne» Zheng). Статья с результатами этой работы опубликована в журнале Nature Materials, а популярная версия приводится в пресс-релизе вуза.
Природные материалы, например, губчатые кости и лапки гекконов, обладают многослойной 3D-архитектурой, включающей в себя наноуровни и макроуровни. При создании искусственных материалов мы пока не достигли такого уровня контроля за свойствами структуры. Однако создать аналогичный природному гибкий и прочный материал возможно, как показал Чжэн с коллегами. Ученые использовали инновационную цифровую легкую 3D-печать, которая позволяет создать предметы большого объема с нанорешеткой и макрорешеткой.
На наноуровне материалы вроде графена могут быть в сто раз прочнее стали. Но попытка создать из графена материал в трех измерениях уменьшает его прочность на 8 порядков — то есть материал становится в 100 млн раз менее прочным.
Новый процесс печати и дизайн позволяют без внедрения в структуру мягких полимеров увеличить эластичность и гибкость металлического материала. Такие металлические материалы подойдут для создания гибких сенсоров и электроники в условиях агрессивной среды, где требуются химическая и термическая стойкость. Они пригодятся и в аэрокосмической и автомобильной промышленности.
Это работа открывает возможность производить мультифункциональные неорганические металлические и керамические материалы, чтобы изучить их фотонные и энергоемкие свойства.
