Создан микроструктурированный материал с необычными свойствами

Немецкие ученые разработали легкий и высокопрочный материал, который, как обычно, подсказала сама природа. За основу была взята каркасная структура костей и древесины, а также оболочечная структура пчелиных сот. Материал, созданный методом лазерной трехмерной печати полимерной нитью с керамическим покрытием, имеет плотность меньше, чем у воды такого же объема, и прочность, сравнимую с прочностью высококачественной стали или алюминия.

Полимерная микроархитектура, созданная командой исследователей из Технологического института Карлсруэ (Karlsruher Institut für Technologie, KIT), превосходит свои природные аналоги по отношению прочности к плотности. Несущая структура была изготовлена с использованием технологии 3D лазерной литографии или полимерной печати с затвердением, пишет GizMag.

Ученые испытали несколько разных структур, в том числе треугольную, шестиугольную и ячеистую (сотовую) структуры. Для придания дополнительной прочности их наделили покрытием, которое осаждали из газовой фазы. В качестве покрытия был опробован керамический материал и алюминий. Размеры полимерной структуры составили примерно 50 микрон в длину, ширину и высоту, а толщина покрытия – от 10 до 200 нанометров (испытывалось множество вариантов).

В ходе исследования было установлено, что полимерная структура с симметрически расположенными шестигранными ячейками с алюминиевым покрытием толщиной 50 нанометров имеет чрезвычайно высокое отношение предела прочности к плотности. Таким образом, эта микроархитектура превзошла своих треугольных и шестиугольных конкурентов. Хотя оптимизированная сотовая структура не выдержала давление 28 кг/мм2, ее плотность при испытаниях составила 810 кг/м3, что, по словам ученых, выше отношения прочности к плотности костей, стали и алюминия.

Новые облегченные строительные материалы напоминают каркасную конструкцию фахверкового дома с горизонтальными, вертикальными и диагональными распорками. Только в нашем случае балки имеют размер всего 10 микрон, – сказал соавтор исследования Йенс Бауэр.

Исследователи говорят, что микроструктурированные материалы часто используются для изоляции или амортизации. Материалы с открытыми порами также могут служить фильтрами для химической промышленности.

Полный текст исследования был опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В отличие от вышеописанного керамико-полимерного композита, другой суперматериал, созданный на основе паучьего шелка, уже готов к массовому производству.