Използвайки адитивна техника на изработка, учени са успели да създадат ултра лек и супер здрав клас материали, които остават здрави дори и при много ниска плътност. Учените предсказват, че тези материали, които са леки колкото аерогел, но пък 10 000 пъти по-здрави, един ден ще може да са полезни в самолето- и автомобилостроенето.
Новите материали, познати вече като микроархитектни метаматериали, са резултат от съвместната работа на изследователи от лабораторията в Лоурънс Ливърмор (LLNL) и Масачузетския Технически Институт (MIT). Метаматериалите притежават свойства, които не са открити в естествената природа, и са далеч по-добри от създаваните преди това.
Проблемът с обикновените материали е, че механичните им свойства се влошават при намаляване на плътността, тъй като структурните частици „поддават“ под големия натиск. Новите материали обаче поддържат постоянна якост при промяна на плътността. Тайната се крие в микроархитектурата на материала, а не в свойствата на съставните части.
По думите на главния инженер от LLNL в това проучване Ксиао Женг, „Тези толкова леки материали могат да издържат натиск от поне 160 000 пъти собственото си тегло. Ключът към тази висока якост е в микро-структурните елементи – те са създадени, без да имат ограничение във възможността за поддръжка на тегло.“
За да създадат тези материали, учените са използвали адитивно микро-производство, за да генерират 3D части слой по слой, използвайки различни видове градивни части. Това им позволило да създадат материал с микро-архитектура, каквато конвенционалните техники за производство не биха могли да постигнат. Може би едно от най-впечатляващите неща, свързани с процеса е, че са принтирани като е използван персонален десктоп компютър.
Екипът започнал, използвайки ядро от полимер като чернова, за да произведе микро-решетки. След това покрили това ядро с ултра-тънък слой метал, дебел не повече от 500 нанометра. Използвайки топлина, премахнали полимерното ядро и това, което останало накрая, била много здрава, но и много тънка тръба, направена от метална решетка.
След това целият процес бил повторен, но вместо метал бил използван керамичен филм, дебел 50 нанометра. Полученият материал имал същата плътност като на аерогела. Самият аерогел се смята за най-лекият твърд материал на света, съставен от 99,98% въздух. В момента световният рекорд за най-лек материал се държи от аерографена.
Инженерът от LLNL Крис Спадачини казва: „Това е един от най-леките материали в света. Въпреки това обаче, заради микро-архитектурата си, той е около 4 пъти по-твърд от еарогела, но с подобна плътност.“
Накрая от екипа са използвали малко по-различна техника, за да създадат хибридна решетка от полимер и керамика, която показала подобна на другите материали здравина и якост. Изследователите твърдят, че техните иновативни материали са 100 пъти по-здрави от други такива с подобна архитектура, създавани от други екипи.
От LLNL и MIT се надяват, че в бъдеще материалите ще намерят приложение в индустрията, най-вече в използването им за производството на коли и космически апарати.
