Углеродная наноструктура, более прочная, чем алмаз Фото: При толщине стенок около 160 нанометров углеродная структура из пластин с закрытыми ячейками стала первой экспериментальной проверкой того, как в пористых материалах можно достичь теоретических пределов прочности и жесткости. Cameron Crook and Jens Bauer / UCI

Согласно исследованию, в полученном материале произошло улучшение до 639 процентов прочности и до 522 процентов жесткости, по сравнению с конструкцией из цилиндрических форм

  • 18.04.2020
  • 325

Исследователи сконструировали пластинчатые углеродные структуры нанометрового размера, которые обладают более высоким соотношением прочности и плотности, чем даже алмазы.

В недавнем исследовании Nature Communications ученые сообщили об успехах в концептуализации и изготовлении материала, который состоит из тесно связанных закрытых ячеек вместо цилиндрических ферм, распространенных за последние несколько десятилетий в таких структурах.

«Предыдущие образцы, хотя и представляли большой интерес, не были настолько эффективными с точки зрения механических свойств». «Этот новый класс пластинчатых наноструктур, который был создан, значительно прочнее и жестче, чем лучшие лучевые конструкции».

Согласно исследованию, в полученном материале произошло улучшение до 639 процентов прочности и до 522 процентов жесткости, по сравнению с конструкцией из цилиндрических форм.

Исследователи нашли подтверждение своим результатам с помощью сканирующего электронного микроскопа и других технологий.

Достижения команды основаны на сложном процессе лазерной 3D-печати, который называется двухфотонной полимеризацией с прямым лазерным воздействием. После того как лазер фокусируется внутри капли жидкой смолы, чувствительной к ультрафиолетовому излучению, материал становится твердым полимером в том месте, где молекулы одновременно попадают под действие двух фотонов. Сканируя лазером или перемещая объект в трех измерениях, метод может создавать периодически расположенные ячейки, каждая из которых состоит из сборок пластин толщиной до 160 нанометров.

Одним из новшеств стало включение крошечных отверстий в пластины, которые можно использовать для удаления избытка смолы из готового материала. В качестве последнего шага, решетки подвергаются пиролизу, при котором они нагреваются в вакууме до 900 градусов по Цельсию в течение одного часа. Конечным результатом становится кубовидная решетка из стеклоуглерода, обладающая самой высокой прочностью из возможных, считают ученые, для такого пористого материала.

Искусственно созданные наноструктуры обладают массой возможностей для инженеров-строителей, особенно в аэрокосмической отрасли, потому что они надеются, что сочетание прочности и низкой плотности массы может значительно улучшить характеристики самолетов и космических аппаратов.

 

Источник: UCI News

Комментарии

Оставить комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Поиск

Другие публикации