никель-фосфор легче чем перышко

Когда вы поднимаете новейший материал в офисе Юлии Грира, который выглядит как металлический кирпич, в вашем сознании происходит самый настоящий когнитивный диссонанс. Несмотря на его размеры и внешность, этот кирпич из металла почти ничего не весит.

Грир, доцент кафедры материаловедения и механики, является частью команды исследователей из Калифорнийского технологического института, HRL Laboratories, LLC, и Университета Калифорнии в Ирвине, которые разработали самый легкий в мире твердый материал, с плотностью всего 0,9 миллиграмма на кубический сантиметр. Фактически, он примерно в 100 раз легче, чем пенополистирол. Хотя этот материал с ультра-низкой плотностью, он имеет невероятную прочность и поглощает кинетическую энергию, что делает его потенциально полезным в прикладной науке, от электродов батарей, до использования его в качестве внешней защиты.

С учетом массы интерстициального воздуха, истинная плотность структуры примерно 2,1 мг / см3 (2,1 кг / м3), что лишь в 1,76 раза больше плотности воздуха при 25 ° С.

"Мы вступаем в новую эру науки о материалах, где свойства материала определяются не только микроскопическим состава материала, но и архитектурой составляющих", - говорит Грир.

Новый материал, называемый микро-решеткой, основывается, как понятно из названия, на архитектуре решетки: крошечные полые трубки из никель-фосфора расположены под углом друг к другу, образуют в местах пересечения узлы, все это, повторяясь многократно, формирует трехмерные структурные ячейки ("asterisklike"). Таким образом, между трубками только воздух. В самом деле, структура состоит из 99,99% открытого объема. Тобиас Шедлер, научный сотрудник исследовательских работ в HRL Laboratories, LLC, и ведущий автор доклада описал его как "решетки взаимосвязанных полых трубок с толщиной стенки 100 нанометров, в 1000 раз тоньше человеческого волоса."

Материал использует преимущества иерархического строения: толщина стенки может быть измерена в нанометрах, диаметр каждой трубы может быть измерена в микронах, каждая трубка миллиметров в длину, и вся микро-решетка может быть измерена в сантиметрах (но, в один прекрасный день, может быть увеличена до нескольких метров в длину). Так же, как и с крупными структурами, вроде Эйфелевой башни, где порядок и структура позволяет эффективно использовать материал, здесь инженеры добились большего и в крошечном масштабе. В дополнение к своей ультра-низкой плотности, иерархическая архитектура микро-решетки позволяет ей восстанавливаться в объеме после нагрузок почти полностью, даже после сжатия объема на 50%, что позволяет его использовать в качестве лучшего поглотителя кинетической энергии.

"Появление уникальных свойств этих ультра-легких микро-решетчатых конструкций, в частности, к различиям механического поведения, которое возникает в наноразмерных твердых средах, находится в центре внимания моего исследования," - говорит Грир. Его команда использует машину под названием SEMentor, которая, как по сути является электронныйм микроскопом и наноиндентором, чтобы визуализировать деформации наноразмерных структур и одновременно измерить механические свойства: сколько силы требуется, чтобы разрушить материал, сколько энергии он может поглотить, на сколько материал растяжим.Очень малое отношение толщины стенки к диаметру в микро-решетчатом материале делает отдельные трубки пластичными (то есть они не выходят из строя); при более высоких пропорциях, материал бы разрушился и не восстановился.

Автор KIMM Fesenmaier