Znanstveniki so našli nov način za strukturiranje ogljika v nanometru in ustvarili strukturo, ki po moči in gostoti prekaša diamant.
Kljub temu da je bila drobna ogljikova mreža izdelana in preizkušena v laboratoriju, je še vedno zelo daleč od njene praktične uporabe. Toda ta novi pristop bi nam lahko v prihodnosti pomagal ustvariti močnejše in lažje materiale, kar je zelo zanimivo za panoge, kot sta letalska in vesoljska industrija.
Tu govorimo o nečem, znanem kot nanolatne strukture – porozne strukture, kot je tista na zgornji sliki, sestavljene iz 3D ogljikovih opor in opornikov. Zahvaljujoč svoji edinstveni strukturi so neverjetno močni in lahki.
Običajno te nanolatice temeljijo na cilindričnem ogrodju (imenujejo se žarkovne nanolatice). Toda ekipa je zdaj ustvarila lamelarne nanolatice, strukture, ki temeljijo na drobnih lamelah.
Na podlagi poskusov in izračunov pristop plošče obljublja 639% povečanje trdnosti in 522% povečanje togosti v primerjavi z metodo nanostrukturiranega žarka.
Za dokončno preizkušanje teh materialov v laboratoriju so raziskovalci uporabili izpopolnjen postopek 3D laserskega tiskanja, imenovan neposredno lasersko zapisovanje dvofotonske polimerizacije, ki v bistvu uporablja skrbno nadzorovane kemijske reakcije znotraj laserskega žarka, da v najmanjšem obsegu vtisne plesni.
Z uporabo UV-občutljive tekoče smole postopek oddaja fotone na smolo, da jo pretvori v trdni polimer določene oblike. Nato so potrebni dodatni koraki za odstranjevanje odvečne smole in ogrevanje konstrukcije, da se zadrži na mestu.
Kar je tukaj uspelo znanstvenikom, se dejansko približuje največji teoretični togosti in trdnosti te vrste materiala – mejam, znanim kot zgornji meji Khashin-Shtrikman in Suke.
Kot je potrdil skenirni elektronski mikroskop, so to prvi pravi poskusi, ki kažejo, da je mogoče doseči teoretične končne moči, čeprav tega materiala še vedno ne moremo izdelati v večjem obsegu.
Dejansko je del trdnosti materiala v njegovi majhni velikosti: ko so takšni predmeti stisnjeni na 100 nanometrov – tisočkrat manj od debeline človeškega las – se pore in razpoke v njih zmanjšajo, kar zmanjša potencialne napake.
Kar zadeva, kako lahko te nanolatike na koncu uporabimo, bodo vsekakor zanimive za vesoljsko industrijo – kombinacija moči in nizke gostote jih naredi idealne za letala in vesoljska plovila.
Raziskava je bila objavljena v Nature Communications.
Viri: Foto: (Cameron Crook in Jens Bauer / UCI)
