Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) poczynili znaczny postęp w dziedzinie druku 3D, opracowując technikę, która pozwala im tworzyć nanostruktury metalowe o wymiarach zaledwie 150 nanometrów, co jest porównywalne z rozmiarem wirusa grypy. Struktury te mają wytrzymałość 3-5 razy większą niż ich makroskopowe odpowiedniki. Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Nano Letters, otwiera nowe perspektywy rozwoju nanosensorów, wymienników ciepła i innych urządzeń nanotechnologicznych.
Główny autor badania, Wenxin Zhang, zauważa: „Na poziomie atomowym te nanomateriały mają bardzo złożone mikrostruktury”. W skali makroskopowej takie zaburzenie atomowe doprowadziłoby do znacznych defektów, powodując, że materiały byłyby słabe i złej jakości. Jednak w nanoskali zaburzenie to staje się zaletą, zwiększającą wytrzymałość materiału.
„Zwykle nośnik naprężeń w metalowych nanofilarach – jest to dyslokacja lub ścinanie – rozprzestrzenia się, aż będzie mógł uciec na powierzchnię zewnętrzną. Jednak w obecności porów wewnętrznych propagacja szybko zatrzymuje się na powierzchni porów, zamiast kontynuować przez całą kolumnę. Ogólnie rzecz biorąc, trudniej jest zainicjować nośnik deformacji niż pozwolić na jego propagację, co wyjaśnia, dlaczego te filary mogą być mocniejsze niż ich odpowiedniki” – wyjaśnia Zhang. Ta właściwość sprawia, że nanostruktury są nieoczekiwanie mocne.
Technologia nanomateriałów polega na pracy ze światłoczułą mieszaniną zawierającą hydrożel, która jest następnie utwardzana laserowo w celu stworzenia trójwymiarowego rusztowania w kształcie pożądanych metalowych obiektów. W tym badaniu obiektami był szereg mikrofilarów i nanokratów. Następnie części hydrożelowe impregnuje się wodnym roztworem zawierającym jony niklu.
Siatka w nanoskali wyprodukowana nową techniką opracowaną w laboratorium Julii R. Greer
Po nasyceniu jonami metali części wypala się aż do wypalenia hydrożelu, pozostawiając części w takim samym kształcie jak oryginał, ale zredukowane i wykonane w całości z jonów metali, teraz utlenionych (związanych z atomami tlenu). W ostatnim etapie atomy tlenu są chemicznie usuwane z części, przekształcając tlenek metalu z powrotem do postaci metalicznej.
„Podczas tego procesu wszystkie procesy termiczne i kinetyczne zachodzą jednocześnie i prowadzą do bardzo złożonej mikrostruktury. Widzisz defekty, takie jak pory i nieregularności w strukturze atomowej, które są ogólnie uważane za defekty zmniejszające wytrzymałość. Jeśli budowałbyś coś ze stali, na przykład blok silnika, nie chciałbyś widzieć tego rodzaju mikrostruktury, ponieważ znacznie osłabiłoby to materiał” – mówi Julia R. Greer, profesor nauk o materiałach, inżynierii mechanicznej i nauk medycznych inżyniera z Caltech oraz dyrektor laboratorium, w którym przeprowadzono badanie. Jednak w tym przypadku wady te wręcz przeciwnie, zwiększają wytrzymałość materiału na poziomie nano.
Nieregularna struktura wewnętrzna mikrofilaru niklowego
Według Greera proces drukowania 3D metalowych struktur w nanoskali może mieć zastosowanie w tworzeniu szeregu przydatnych komponentów, w tym katalizatorów na wodór, elektrod do magazynowania amoniaku i innych bezemisyjnych substancji chemicznych oraz ważnych części urządzeń, takich jak czujniki , mikroroboty i wymienniki ciepła.
Absolwentka inżynierii mechanicznej Wenxin Zhang pracuje w laboratorium nanotechnologii
Odkrycie to podkreśla niezwykłe właściwości materii w nanoskali i zwiastuje rewolucję w tworzeniu urządzeń nanotechnologicznych. „Fizyka w nanoskali jest naprawdę dziwna i im głębiej wchodzimy w ten świat, tym więcej spotykamy niezwykłych praw” – podsumowuje Zhang. Przypomina to, że nauka i technologia nieustannie idą do przodu, otwierając nowe możliwości wykorzystania nanomateriałów w różnych dziedzinach, od medycyny po eksplorację kosmosu.
Źródła:
tomshardware.com Caltech Komentarz ( ) Wieczorne 3DNews W każdy dzień powszedni wysyłamy podsumowanie wiadomości bez żadnych bzdur i reklam. Dwie minuty na przeczytanie – i jesteś świadomy głównych wydarzeń. Powiązane materiały Naukowcy nauczyli się syntetyzować tetratenit, stop meteorytów, który może zastąpić metale ziem rzadkich i zmienić świat technologii Naukowcy znaleźli wyjaśnienie „dziwnych metali”, które od 40 lat wprawiają naukę w zakłopotanie Uzyskano przekonujący dowód na alternatywną teorię grawitacji – wykraczającą poza teorie Newtona i Einsteina Naukowcy nauczyli się gromadzić ciepło słoneczne w pojemniku z pyłem ceramicznym o temperaturze 800 stopni W ciągu ostatnich dziesięciu lat ceny energii słonecznej i baterii spadły o prawie 90%. Chińczycy wynaleźli pasywną chłodnicę słonej wody – dzięki niej procesor może pracować o jedną trzecią szybciej
