Металлическая древесина» прочнее титана и легче воды

3

С началом технического прогресса человечество остро нуждается в высокопрочных, легких и устойчивых к коррозийным и иным вредным воздействиям материалах. Всеми перечисленными свойствами обладает титан, применяемый в строительстве, самолетостроении, космической и ядерной отраслях, медицине, пищевой промышленности.

Имеет великолепный материал и недостатки: очень высокая цена и ограниченный запасы в земных недрах.

Ученые не оставляли попыток создать материал, который бы ни в чем не уступал титану, но при этом стоил бы дешевле. Прорыв стал возможен лишь с развитием нанотехнологий.

«Дерево» из никеля

Титан обязан своими свойствами кристаллической решетке, которая, тем не менее, далека от совершенства. Поэтому команда исследователей (материаловедов, физиков) из американских университетов Кембриджа, Иллинойса и Пенсильвании решила не просто воспроизвести кристаллическую решетку титана, но пойти дальше и усовершенствовать ее.

Именно от атомной структуры зависят прочность, легкость и другие необходимые свойства материала. Ученые под руководством Джеймса Пикуля вдохновились кристаллической решеткой дерева, решив только чуть-чуть подправить ее, расположив частицы в идеальном геометрическом порядке.

Исследования и эксперименты привели к созданию материала из мягкого никеля, но на основе геометрически правильной структуры. О чем и сообщала статья в Scientific Reports.

В статье говорилось о том, что структура древесины неоднородна: плотные участки чередуются с пустотами, предназначенными, среди прочего, для транспортировки питательных веществ.

Производство

Провести исследования и доказать состоятельность идеи экспериментальным путем — лишь половина дела. Пикулю и его единомышленникам удалось смоделировать весь технологический процесс создания «металлической древесины».

Нано-сферы из пластика распыляют на поверхности воды, после испарения которой сферы оседают, создавая упорядоченную структуру (решетку), которая послужит основой (каркасом) материала.

Читайте также:  МУЛЬТИСПОРТИВНЫЕ СМАРТ-ЧАСЫ GARMIN FENIX 5X PLUS SAPPHIRE

Используя метод гальваники, на каркас напыляют никель, который тончайшим равномерным слоем заполняет все пустоты.

По завершении процесса гальванизации никелем пластик растворяют. В результате остаются лишь никелевые структуры — стойки диаметром 16 нанометров, которые занимают не более 30% объема нового материала. 70% «металлической древесины» — пустота.

Один квадратный сантиметр нового материала содержит миллиард отдельных элементов! Его прочность в несколько раз превосходит прочность титана.

Возможности

В массовое производство никелевая древесина пока не запущена, однако можно себе представить насколько огромны возможности ее применения. Легкий (легче воды), прочный (800 Мпа), устойчивый к коррозии материал сразу же заметили строители, производители медицинского оборудования, авиаконструкторы и многие другие.

Пустоты в ячейках материала могут быть заполнены различными субстанциями: микроорганизмами, носителями энергии, искусственной кровью. И здесь перед учеными открываются совершенно иные, фантастические возможности использования «металлической древесины».

Кроме того, изменяя «рисунок», геометрию решетки и размеры частиц, ученые собираются менять и свойства материала. Укрупнение частиц необходимо и для проведения более развернутых испытаний на прочность, хрупкость и прочее.

Нерешенные вопросы

Несмотря на доступность исходных материалов в промышленное производство «дерево из металла» пока не запущено: нет необходимого оборудования для создания образцов большого размера. Нет технологий и техники для налаживания массового производства.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...

Мы будем рады и вашему мнению

Оставить отзыв