Сверхупругая сверхлегкая металлическая губка

Физики создали из металла легкую сверхупругую «губку»

Группа ученых под руководством Тобиаса Шедлера (Tobias Schaedler) из Исследовательской лаборатории компании HRL в городе Малибу (США) создала сверхлегкий материал из металла, обладающий упорядоченной структурой. Сверхупругая сверхлегкая металлическая губка. Конструкция полностью восстанавливает свою форму после сжатия более чем на 50%. «Воздушный» металл Шедлера или «ультралегкая металлическая микрорешетка». Плотность конструкции 0,9 мг/куб.см., что в 100 раз легче пенопласта

Американские физики создали сверхлегкий и сверхупругий материал из металлических волокон — эта «губка» примерно на 25% легче и восстанавливает свою форму после сильнейших сжатий, говорится в статье, опубликованной в журнале Science. Данный металл покрыт тонким слоем никель-фосфора и выполнен на основе самой современной технологии принтинга 3D.

© Фото: HRL Laboratories, LLC/Photo by Dan Little

МОСКВА, 17 ноя — РИА Новости. Американские физики создали сверхлегкий и сверхупругий материал из металлических волокон — эта «губка» примерно на 25% легче воздуха и восстанавливает свою форму после сильнейших сжатий, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Сверхлегкие и пористые материалы из полимеров, кремния и некоторых металлов применяются для термической изоляции, защиты чувствительного оборудования от сильных ударов и тряски. Случайное расположение молекул им более крупных частиц в таких материалах является причиной их относительной непрочности и нестабильности других физических и механических свойств.

Группа ученых под руководством Тобиаса Шедлера (Tobias Schaedler) из Исследовательской лаборатории компании HRL в городе Малибу (США) создала сверхлегкий материал из металла, обладающий упорядоченной структурой.

«Воздушный» металл Шедлера и его коллег изготовляется в три этапа. Сначала ученые подготовили брусок из фоточувствительного полимерного материала, который испаряется при облучении ультрафиолетовым светом, и наложили на каждую его сторону специальный трафарет, пропускающий свет только в определенных точках поверхности. При этом размер отверстий можно свободно менять, выпуская губки с диаметром волокна от нескольких нанометров до одного сантиметра.

После облучения брусок представлял собой набор из множества соединенных друг с другом правильных восьмигранников — октаэдров. На следующем шаге ученые покрыли эти выемки сплавом никеля и фосфора химическим способом. Такое покрытие превращает отверстия в полимерной заготовке в частокол из полых металлических трубочек, толщину которых можно легко изменять, увеличивая или уменьшая продолжительность никелирования.

Затем исследователи покрыли брусок специальным растворителем, извлекли готовую «губку» и изучили ее механические и физические свойства. Единичный узел такого материала может выдержать давление в 2 миллиона атмосфер, не испытывая при этом сильной деформации, что всего в два раза меньше, чем у алмаза.

«Губка» Шедлера и его коллег способна полностью восстанавливать свою форму даже в случае, если сжать ее по одной из осей на 50%. После такой операции устойчивость к давлению падает примерно на 10%, но в последующие циклы сжатия-разжатия показатель уже практически не меняется.

Подобное поведение характерно для полимерных пен и материалов из углеродных нанотрубок, но не для металлических пористых материалов. Ученые объясняют необычное поведение металлических «губок» тем, что восьмиугольная трехмерная конструкция равномерно распределяет нагрузку по всей площади материала. Это позволяет обойти самый главный недостаток фосфор-никелевого сплава — его хрупкость.

Исследователи создали несколько других «моделей» губок и обнаружили, что устойчивость к давлению повышается вместе с ростом плотности материала. С другой стороны, увеличение толщины трубочек до очень больших значений привело к появлению другого типа «губки», чьи механические свойства больше напоминали металл, чем сверхлегкий материал. В частности, такая конструкция не восстанавливала свою форму после сжатия.

Авторы статьи полагают, что их изобретение можно будет использовать не только на практике, в качестве заменителя существующих сверхлегких материалов, но и для дальнейшего изучения поведения металлов в разных структурных конфигурациях.

Источник: РИА Новости

ИЗОБРЕТЁН САМЫЙ ЛЁГКИЙ МАТЕРИАЛ В ИСТОРИИ

Многие материалы с ультранизкой плотностью получаются на основе углеродных нанотрубок, металлической пены и т. п. Но это случайные структуры. Новый материал состоит из правильно (регулярно) расположенных пересекающихся металлических трубок. Он изготавливается путём никель-фосфорного покрытия аккуратной полимерной микрорешётки.

Тобиас Шедлер из HRL Laboratories (США) и его коллеги предложили новый способ получения очень лёгких материалов с неожиданными свойствами, которые предвещают выход архитектурно-строительного проектирования на микроуровень. Многие материалы с ультранизкой плотностью получаются на основе углеродных нанотрубок, металлической пены и т. п. Но это случайные структуры, поясняет г-н Шедлер.

Эйфелева башня микроархитектуры (изображение авторов работы).

Вновь изобретённая структура состоит из правильно (регулярно) расположенных пересекающихся металлических трубок. Материал изготавливается путём никель-фосфорного покрытия аккуратной полимерной микрорешётки. Эксперт сравнивает своё детище с Эйфелевой башней: она имеет внушительные размеры и высокую жёсткость, несмотря на относительный недостаток массы. Всё дело в «осторожной», хорошо продуманной конструкции. Почему бы не применить достижения архитекторов больших строений к материаловедению? Учёные изготовили несколько версий своей металлической микрорешётки.

Одна из них обладает удивительно низкой плотностью — 0,9 мг/см³ (измеряется, по договорённости, без учёта воздуха в порах). Несмотря на довольно хрупкие свойства никель-фосфорного состава, новый материал оказался поразительно упругим и может полностью оправиться от сжатия (см. видео ниже). Он также имеет очень хорошие показатели поглощения энергии. Г-н Шедлер говорит, что разработка может найти применение во многих отраслях, от изготовления изоляционных материалов до аэрокосмической промышленности. Он надеется также, что его изобретение приведёт к появлению нового подхода (под предварительным названием «структурная архитектура») к созданию материалов, при котором тщательный контроль структуры поможет производить материалы со свойствами, сильно отличающимися от свойств элементов периодической таблицы.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science. Подготовлено по материалам Nature News Blog.

 

читайте Дополниельные материалы по теме сверхупругая мембрана и по метатег СВЕРХУПРУГОСТЬ 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.