„Metaliczne drewno” sprawia, że nikiel jest tak mocny jak tytan, ale pięciokrotnie lżejszy
Stal jest najpowszechniej wykorzystywanym materiałem w praktycznie każdej dziedzinie naszego życia. Jest to zasługa jej niesamowitej wytrzymałości i niskiej ceny. Niebawem jednak może zastąpić ją materiał na miarę XXI wieku.
„Metaliczne drewno”, pewnie nic Wam nie mówi, ale dobrze zapamiętajcie ten termin, bo niedługo zrewolucjonizuje on świat. Naukowcy z Wydziału Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu w Pensylwanii, University of Illinois w Urbana-Champaign i University of Cambridge opracowali materiał na bazie niklu, który jest wytrzymały jak tytan, czyli niemal jak stal, ale jednocześnie pięciokrotnie od niego lżejszy. ma on też gęstość wody.
Najnowsze zdobycze technologii pozwalają nam tworzyć z pomocą superkomputerów i eksperymentów materiały, jakie do tej pory znajdowały się tylko w sferze marzeń. Najlepszym przykładem ogromnego postępu jaki dokonuje się w tej materii, może być grafen zbrojony, który cechuje się aż dwukrotnie większą wytrzymałością mechaniczną od tradycyjnego.
Z grafenem jest jednak ogromny problem natury ekonomicznej. Jego produkcja i wykorzystywanie na masową skalę jest niezwykle kosztowne, więc nie liczmy, by w najbliższym czasie jego niezwykłe możliwości były stosowane na masową skalę. I tutaj do gry wkracza „metaliczne drewno”, czyli materiał przyszłości, któremu obce są te bolączki. Stal, tytan i aluminium są wytrzymałe i elastyczne, ale ich struktura molekularna nie jest doskonała.
„Metaliczne drewno” sprawia, że nikiel jest tak mocny jak tytan, ale pięciokrotnie lżejszy. Fot. University of Cambridge.
Naukowcy postanowili ulepszyć te materiały, grzebiąc w ich strukturze molekularnej. Co ciekawe, gdyby „poprawić DNA” tytanu, czyli zwiększyć jego gęstość, mógłby on być o aż 10 razy bardziej wytrzymalszy. Specjaliści w swoich eksperymentach inspirowali się naturą, a mianowicie drewnem. Czysta celuloza, która jest głównym elementem drewna, jest zwykłą miazgą, ale kiedy formuje się w złożoną strukturę drewna, staje się tak wytrzymała jak stal. Oczywiście, o porównywalnej masie.
Badania prowadzone w kwestii opracowania nowych sposobów modelowania metalu skupiły się na nadaniu mu porowatej struktury oraz wzmocnieniu nośnych podpór niklowych, których średnica wynosi 17 nm, a granica plastyczności na poziomie 8 GPa przekracza wytrzymałość niklu aż 4-krotnie. Stworzony sztuczne nikiel posiada gęstą strukturę molekularną, która wypełniona jest obszarami porowatymi z szczelinami powietrznymi. Stanowią one aż 70 procent tego materiału. To sprawia, że ma on wysoką wytrzymałość mechaniczną i stabilność chemiczną metalu, a także gęstość zbliżoną do gęstości materiałów naturalnych, takich jak drewno. Może się on też unosić na wodzie.
Co najważniejsze, strukturę materiału budownictwa przyszłości można również wypełnić innymi inteligentnymi materiałami, dzięki czemu będzie można tworzyć systemy napędowe i zasilania lub wymiany informacji, bez potrzeby stosowania zewnętrznego okablowania. To zmieni zupełnie podejście do budowy mostów, wieżowców, samolotów lub rakiet kosmicznych.
Źródło: GeekWeek.pl/ / Fot. University of Cambridge
