Materialy na zamówienie

Lekkie szkielety żywych organizmów, takich jak gąbki morskie pokazują, że są znacznie lepsze niż podobne materiały stworzone przez człowieka. Naukowcy od dawna podejrzewali, że ma to związek z hierarchiczną naturą materiałów biologicznych. Udało im się zmierzyć sposób, w jaki naturalne konstrukcje są stworzone z dokładnością do nanometrów, by teraz naukowcy z Caltech mogli naśladować te nanostruktury. Wykonali je w oparciu o komórki ceramiczne, które mają niezwykła wytrzymałość i odporność na uszkodzenia, mimo tego, że składają się w 85 procentach z powietrza.

„Zainspirowani, po części, wcześniejszymi pracami Tobiego Schaedlera oraz jego zespołu z HRL Laboratories, którym udało się wytworzyć bardzo lekkie kratownice, zaprojektowaliśmy konstrukcję z bloków, które są krótsze niż pięć mikronów.", powiedziała profesor Julia R. Greer. „Budowa tych konstrukcji umożliwiła uniezależnienie ich wytrzymałości od gęstości, czego efektem są doskonałe metamateriały."

W nanoskali, materiały zachowują inne właściwości mechaniczne niż te o dużych rozmiarach. Zespół pani Greer udowodnił w poprzednich badaniach, że niektóre metale mogą być nawet 50 razy wytrzymalsze, jeśli będzie się nimi w ten sposób manipulować. Z kolei, niektóre materiały amorficzne w takich warunkach stają się bardziej plastyczne niż kruche.

Największa struktura, jaką udało się stworzyć naukowcom jest wielkości milimetra. Testy ściskania wykazały, że można manipulować wartością wytrzymałości materiału. Dzięki temu będzie można tworzyć dowolne struktury, które będą mogły być wykorzystane w różnego rodzaju małych elementach.

Według Greer może to zasadniczo zmienić sposób myślenia na temat tworzenia materiałów. W przyszłości to my będziemy określać, jakich właściwości i w jakiej skali wymagamy od materiału, który chcemy uzyskać. Następnie projektowana będzie jego nanostruktura.

Badacze, w swoim projekcie stworzyli ośmioboczną kratownicę z ceramicznego azotku tytanu w oparciu o polimerowy rdzeń, który następnie został usunięty. Struktura jest w pełni powtarzalna, a jej właściwości opowiadają tym, których naukowcy się spodziewali.

(rr)