Создан нанокомпозит легче воды, но прочный, как сталь

Материалы «делают» прогресс, и это отражается не только в названиях вроде «бронзовый / железный век». Паровые автомобили технически были возможны ещё в XVIII веке, а велосипеды — в древней Греции, но та же автомобилизация началась лишь с появлением резины и шин. Однако часто исследования идут не из прошлого к будущему, а из настоящего в прошлое.

Скажем, лишь недавно для упрочнения стекла применена та же техника преднамеренного создания трещин, что существует в наших костях. Йенс Бауэр (Jens Bauer) из Технологического института Карлсруэ (Германия) попробовал сделать нечто подобное (пористый, но прочный материал), но на сей раз с органикой.

Структура материала позволяет ему быть одновременно и пористым (отсюда и лёгкость), и особо прочным. (Здесь и ниже иллюстрации Jens Bauer.)

Использовав 3D-лазеры производства Nanoscribe, Бауэр и Ко сумели наноструктурировать полимер нагревом очень тонким лазерным пучком, позволяющим превращать полимеры в твёрдые объекты толщиной в человеческий волос и даже тоньше.

Однако после удаления отказавшегося твердеть полимера итоговая прочность материала оказалась не такой высокой, как учёным хотелось бы. И тогда они попробовали сотворить на его основе нанокомпозит: с помощью того же лазера структуры покрыли слоем оксида алюминия (глинозёмом) толщиной в 50 нм, а затем ещё раз проверили на прочность.

И хотя такой композит по плотности уступал воде (менее грамма на кубический сантиметр), прочность у него оказалась на уровне: он выдерживал воздействие до 280 МПа. Это предел даже для не самых прочных сталей, да только плотность и вес у них на порядок выше.

Обычно материалы делятся на те, что легче воды, и на те, что прочны. Новые нанокомпозиты могут существенно скорректировать эту дихотомию.

Увы, пока параметры 3D-принтера Nanoscribe позволяют работать лишь с конструкциями около нескольких десятков микрометров в размере, хотя одна из новых моделей способна делать из сверхпрочного материала миллиметровые объекты. Но и этого мало для большинства практических приложений... К счастью, установки нужной точности прогрессируют очень быстро. Скажем, пять лет назад материал, созданный группой г-на Бауэра, нельзя было получить в принципе. Поэтому немецкие учёные уже в ближайшее время надеются создать из своих лёгких и прочных материалов прототипы самых разных деталей: от компонентов самолётов, где высокая удельная прочность важна как воздух, до лыж и других чисто бытовых предметов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Подготовлено по материалам The Conversation.