Naučnici su pronašli novi način za strukturiranje ugljenika na nanorazmjernom nivou, stvarajući strukturu koja premašuje dijamant u omjeru čvrstoće i gustine.
Uprkos činjenici da je sićušna ugljenična rešetka napravljena i testirana u laboratoriju, još je uvijek daleko od njene praktične upotrebe. Ali ovaj novi pristup mogao bi nam pomoći da stvorimo čvršće, lakše materijale u budućnosti, što je od velikog interesa za industrije poput vazduhoplovstva i vazduhoplovstva.
Ovdje govorimo o nečemu što se naziva nanolatnim strukturama – porozne strukture poput one na gornjoj slici sastoje se od trodimenzionalnih ugljeničnih nosača i kovrčavih zagrada. Zahvaljujući svojoj jedinstvenoj strukturi, nevjerovatno su jaki i lagani.
Tipično se ovi nanolatici temelje na cilindričnom okviru (nazivaju se nanolatici snopa). Ali tim je sada stvorio lamelarne nanolatice, strukture zasnovane na sitnim lamelama.
Na osnovu eksperimenata i proračuna, lamelarni pristup obećava 639% porasta čvrstoće i 522% povećanja krutosti u odnosu na metodu nanostrukturiranih zraka.
Da bi definitivno testirali ove materijale u laboratoriju, istraživači su koristili sofisticirani postupak 3D laserskog ispisa koji se naziva direktnim laserskim upisivanjem dvofotonske polimerizacije, a koji u osnovi koristi pažljivo kontrolirane hemijske reakcije unutar laserskog snopa da bi najeknuo kalupe u najmanjoj skali.
Koristeći tečnu smolu osjetljivu na UV zračenje, proces emitira fotone na smolu da bi je pretvorio u čvrsti polimer specifičnog oblika. Zatim su potrebni dodatni koraci za uklanjanje suvišne smole i zagrijavanje strukture kako bi se zadržala na mjestu.
Ono što su naučnici ovdje mogli učiniti zapravo je približavanje maksimalnoj teorijskoj krutosti i čvrstoći ove vrste materijala – granicama poznatim kao gornje granice Khashin-Shtrikman-a i Suke-a.
Kao što je potvrdio skenirajući elektronski mikroskop, ovo su prvi pravi eksperimenti koji pokazuju da se mogu postići teorijske krajnje snage, iako smo još uvijek daleko od mogućnosti proizvodnje ovog materijala u većim razmjerima.
Zapravo, dio snage materijala leži u njegovoj sićušnoj veličini: kada se takvi predmeti stisnu na 100 nanometara – hiljadu puta manje od debljine ljudske dlake – pore i pukotine u njima postaju sve manje i manje, smanjujući potencijalne nedostatke.
Što se tiče načina na koji se ovi nanolatici u konačnici mogu koristiti, oni će sigurno biti od interesa za vazduhoplovnu industriju – kombinacija snage i male gustine čine ih idealnim za avione i svemirske letelice.
Studija je objavljena u časopisu Nature Communications.
Izvori: Fotografija: (Cameron Crook i Jens Bauer / UCI)
